›

Khóa luận Khảo sát, đánh giá các tham số đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế beta

docx 68 trang thiennha21 14/04/2022 5250
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Khảo sát, đánh giá các tham số đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế beta", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docxkhoa_luan_khao_sat_danh_gia_cac_tham_so_dac_trung_ky_thuat_c.docx

Nội dung text: Khóa luận Khảo sát, đánh giá các tham số đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế beta

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGUYỄN ĐĂNG HUY - 1410702 KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CỦA HỆ PHỔ KẾ BETA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS. ĐẶNG LÀNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ HẠT NHÂN KHÓA 2014 - 2019
  2. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i
  3. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii
  4. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn đến Thầy giáo hướng dẫn Tiến Sĩ Đặng Lành đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt vốn kiến thức quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Đà Lạt, đặc biệt là quý Thầy, Cô Khoa Kỹ Thuật Hạt Nhân đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu và tạo môi trường học tập thuận lợi cho em trong suốt 4.5 năm học tập tại trường Đại học Đà Lạt cũng như trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Em xin cảm ơn bạn cùng lớp HNK38 đã đồng hành cùng em trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Đà Lạt. Và cuối cùng, con xin cảm ơn Ba Mẹ đã luôn yêu thương, tin tưởng tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con có thể hoàn thành khóa luận. NGUYỄN ĐĂNG HUY iii
  5. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và số liệu trong khóa luận này chưa được ai công bố dưới bất kì hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường về sự cam đoan này. Đà Lạt, ngày 10 tháng 12 năm 2018 Sinh viên iv
  6. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TƯƠNG TÁC CỦA TIA BETA VỚI VẬT CHẤT 3 1.1. Lý thuyết về phân rã beta 3 1.1.1. Phân rã beta 3 1.1.2. Phân rã 훽 ― 3 1.1.3. Phân rã 훽 + 3 1.1.4. Phân rã Beta kép 4 1.2. Ion hoá (Ionization) 4 1.3. Độ ion hoá riêng (Specific ionization) 6 1.4. Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (LET) 6 1.5. Bức xạ hãm (Bremsstrahlung) 7 1.6. Quãng chạy của hạt beta trong vật chất 7 1.7. Biểu diễn mối quan hệ giữa thế và số cặp ion 8 1.8. Đầu dò hấp vào mặt 11 1.8.1. Lý thuyết 11 1.8.2. Nguyên tắc làm việc của detector bán dẫn 14 1.8.3. Detector hàng rào mặt 17 1.9. Lý thuyết về tia Beta 18 CHƯƠNG II: KHẢO SÁT HỆ PHỔ KẾ ĐA KÊNH ΒETA 21 2.1. Khung giỏ NIM 21 2.1.1. Thông số kĩ thuật 22 2.1.2. Hoạt động 22 2.2. Máy phát xung chuẩn Pulser 480 23 2.2.1. Đặt điểm kỹ thuật 23 2.2.2. Hoạt động 25 2.3. Bộ khuếch đại phổ 575A 26 v
  7. 2.3.1. Thông số kĩ thuật 26 2.3.2. Hoạt động 28 2.4. Khối cao thế Quad Bias Supply 29 2.4.1. Thông số kĩ thuật 30 2.4.2. Hoạt động 32 2.5. Khối giao diện EASY_MCA + phần mềm điều khiển, thu nhận và xử lý số liệu 33 2.5.1. Khối giao diện EASY_MCA 33 2.5.2. Hoạt động 35 2.5.3. Phần mềm Maestro _DEL_PC MCB 129 36 2.6. Hệ máy bơm chân không 37 2.7. Thông tin bảo hành 38 CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 41 3.1. Quang phổ beta 41 3.1.1. Các thiết bị cần thiết của ORTEC 41 3.1.2. Các thiết bị cần thiết khác 41 3.1.3. Mục đích 41 3.1.4. Lý thuyết 17 3.1.5. Thực nghiệm Hiệu chuẩn với một bộ thu/phát 41 3.1.6. Thực nghiệm Xác định điểm cuối beta của 204Tl 43 3.1.7. Thực nghiệm Tỷ lệ chuyển đổi điện tử 45 3.2. Thực ngiệm trên hệ phổ kế Beta 46 3.2.1. Hệ thống thiết bị phổ kế Beta 46 3.3. Kết quả thực nghiệm 48 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 vi
  8. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắc Từ gốc Nghĩa LET Liner Energy Tranfer Truyền năng lượng tuyến tính ADC Analog Digtal Convertor Bộ đếm tương tự sang số MDA Multi Channel Analyser Máy phân tích đa kênh DC Direct Current Điện một chiều MCD Multi Channel Processing Xử lý dữ liệu đa kênh MCB Minature Circuit Breaker Bộ ngắt mạch ROI Region of Interest Risetime Vùng diện tích quan tâm FWHM Full Width Half Maximum Độ rộng cực đại nửa chiều cao. vii
  9. DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ Hình 1. Phân rã β⁻ nhìn chung thường gặp ở những hạt nhân giàu neutron [3] 3 Hình 2. Sơ đồ cấu tạo của một detector chứa khí[1] 9 Hình 3. Đường đặc trưng của buồng ion hoá và ống đếm tỉ lệ[4] 9 Hình 4. Phân bố điện tích, điện thế U(x), điện trường E(x) trong detector bán dẫn p- n[5] 12 Hình 5. Phân bố điện tích, điện thế U(x), điện trường E(x) trong detector bán dẫn p- i-n[5] 13 Hình 6. Hình thành cặp electron – lỗ trống trong chất bán dẫn[6] 14 Hình 7. Chất bán dẫn loại n (hình a) chất bán dẫn loại p (hình b)[6] 16 Hình 8. Sơ đồ nguyên tắc của detector bán dẫn loại tiếp xúc[6] 16 Hình 9. Hệ phổ kế đa kênh Beta. 21 Hình 10. Hình ảnh của khung giỏ NIM 21 Hình 11. Hình ảnh mặt trước và sau của máy phát xung chuẩn Pulser 480 23 Hình 12. Hình ảnh mặt trước và sau của bộ khuếch đại phổ 575A. 26 Hình 13. Hình ảnh mặt trước và sau của khối cao thế Quad Bias Supply 29 Hình 14. Hình ảnh mặt trước và sau của khối gia diện EASY_MCA 33 Hình 15. Hình ảnh máy bơm chân không. 37 Hình 16. Phổ Beta của ퟒ푻풍[8] 18 Hình 17. Phổ electron chuyển đổi của 풊[8] 19 Hình 18. Phổ electron chuyển đổi của 푺풏[8] 19 Hình 19 . Phổ electron của 푪풔[8] 19 Hình 20. Năng lượng Beta với độ dày trong Silicon[8] 20 Hình 21. Sơ đồ cấu trức hiệu chỉnh xung chuẩn[8] 42 Hình 22. Dòng chuyển đổi từ [8] 43 Hình 23. Hình hệ phổ kế đa kênh Beta. 46 Hình 23. Sơ đồ cấu trúc khối. 47 viii
  10. Hình 23. Phổ phông trên hệ phổ kế Beta. 48 Hình 24. Phổ Pb-214 trên hệ phổ kế Beta 49 Hình 26. Phổ Ba-140 trên hệ phổ kế Beta 51 Hình 27. Phổ Tl-204 trên hệ phổ kế Beta 52 Hình 28. Phổ Sr-90_hskd40-10_909sec trên hệ phổ kế Beta 52 Hình 29. Phổ Sr-90_hskd20-6_3330sec trên hệ phổ kế Beta 53 Hình 30. Phổ Sr-90_hskd10-4_10966sec trên hệ phổ kế Beta 54 Hình 31. Phổ Sr-90_hskd10-4_28058sec trên hệ phổ kế Beta 54 ix
  11. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Thế ion hoá E và độ mất năng lượng trung bình sinh cặp ion đối với một số chất khí[2] 5 x
  12. MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều phương pháp phân tích hiện đại phát triển ứng dụng phân tích hoạt độ phóng xạ. Các loại detector khác nhau sử dụng đo phóng xạ với số lượng khổng lồ, và thiết kế ở trạng thái khí, lỏng và rắn. Các loại này khác nhau không chỉ về trạng thái vật lý mà cả trạng thái hóa học. Thiết bị và vành chắn điện tử kết hợp với đetector ghi bức xạ cũng khác nhau. Kết quả là các detector ghi bức xạ, thiết bị được kết hợp với nhau phục vụ đo phóng xạ với hiệu suất ghi của detector khác nhau, phụ thuộc nhiều hệ số như: đặc trưng của thiết bị, loại năng lượng mà bức xạ sinh ra, cũng như tính chất mẫu phân tích. Sự lựa chọn phù hợp một loại detector ghi bức xạ hay phương pháp phân tích phóng xạ phù hợp, yêu cầu sự hiểu biết về tính chất của bức xạ hạt nhân, cơ chế tương tác của bức xạ với vật chất, chu kỳ bán hủy của nhân phóng xạ, sơ đồ phân rã, phần trăm phân rã, năng lượng phân rã là vấn đề cơ bản đối với các phương pháp xác định và đo phóng xạ. Sự lựa chọn detector và thiết bị phù hợp nhất phụ thuộc vào yêu cầu riêng đối với từng trường hợp cụ thể. Cuộc sống ngày càng phát triển và hiện đại, cùng với sự phát triển của xã hội, các thiết bị ứng dụng cho nghiêm cứu khoa học cũng ngày càng tiến bộ, kéo theo chất lượng và khả năng tăng theo không ngừng. Để đáp ứng một phần nhu đó Khoa Kỹ Thuật Hạt Nhân -Trường Đại học Đà Lạt được trang bị một hệ phổ kế đa kênh Beta. Xác định các đặc trưng cơ bản của hệ phổ kế một cách có hệ thống là cần thiết để phục vụ việc vận hành và bảo dưỡng. Hệ phổ kế Beta được sử dụng trong các nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng của khoa học và công nghệ detector hạt nhân. Độ phân giải năng lượng và hiệu suất ghi là hai trong số những đặc trưng quan trọng nhất của phổ kế Beta. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ, ngày nay hệ phổ kế Beta với detector có tinh thể ngày càng lớn, cho phép tăng hiệu suất ghi của detector và mở rộng dải năng lượng đo được. Trong khuôn khổ của một khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Khảo sát, đánh giá các tham số đặc trưng kĩ thuật của hệ phổ kế Beta” gồm những phần sau: Chương 1: Tương tác của tia Beta với vật chất Chương 2: Khảo sát hệ phổ kế đa kênh Beta Chương 3: Thực nghiệm 1
  13. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO. 2
  14. Chương 1: TƯƠNG TÁC CỦA TIA BETA VỚI VẬT CHẤT 1.1. Lý thuyết về phân rã beta 1.1.1. Phân rã beta Trong vật lý hạt nhân, phân rã beta là một kiểu phân rã phóng xạ mà theo đó sinh ra một hạt beta (electron hoặc positron). Trong trường hợp sinh ra electron thì người ta gọi là phân rã beta âm hay beta trừ (β⁻), trường hợp còn lại thì gọi là beta cộng (β+). Khi phát ra hạt electron, một electron antineutrino cũng sinh kèm, trong khi phát ra positron thì đi kèm là electron neutrino. 1.1.2. Phân rã 휷― Khi phân rã β⁻, tương tác yếu chuyển một neutron (n) thành một proton (p) trong khi phát ra một electron (e⁻) và một electron antineutrino (휈푒): ― n → p + 푒 + 휈푒 (1) Ở mức cơ bản (như miêu tã trong biểu đồ Feynman bên dưới), là do sự biến đổi một quark xuống thành quark lên bằng cách phát ra một W⁻ boson; W⁻ thường phân rã thành một electron và một electron antineutrino. Hình 1. Phân rã β⁻ nhìn chung thường gặp ở những hạt nhân giàu neutron[3] + 1.1.3. Phân rã 휷 + Khi phân rã β , năng lượng được sử dụng để biến đổi 1 proton thành 1 + neutron, đồng thời phát ra 1 positron (푒 ) và 1 electron neutrino (휈푒): + energy + p → n + 푒 + 휈푒 (2) 3
  15. + Vì vậy, khác với phân rã β⁻, phân rã β không thể xuất hiện một cách độc lập do nó cần có năng lượng, khối lượng của neutron nặng hơn khối lượng của + proton. Phân rã β chỉ có thể xảy ra bên trong hạt nhân khi mà trị số năng lượng liên kết của các hạt nhân mẹ nhỏ hơn năng lượng liên kết của hạt nhân con. Điểm khác biệt giữa các mức năng lượng này tạo ra phản ứng biến đổi 1 proton thành 1 neutron, 1 positron và 1 neutrino, và thành động năng của các hạt này.[3] 1.1.4. Phân rã Beta kép Phân rã beta kép là loại phân rã phóng xạ trong đó hai proton được đồng thời biến thành hai neutron, hoặc ngược lại, bên trong hạt nhân nguyên tử. Như trong phân rã beta duy nhất, quá trình này cho phép các nguyên tử chuyển về gần hơn với tỷ lệ tối ưu của các proton và neutron. Kết quả của chuyển đổi này là các hạt nhân phát ra hai hạt beta có thể dò được, là electron hoặc positron. 1.2. Ion hoá (Ionization) Do hạt beta mang điện tích nên cơ chế tương tác của nó với vật chất là tương tác điện với các electron quỹ đạo. Điều đó dẫn tới sự kích thích và ion hoá các nguyên tử môi trường. Trong trường hợp môi trường bị ion hoá, tia beta mất một phần năng lượng 푡 để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài. Động năng của electron bị bắn ra liên hệ với thế ion hoá của nguyên tử E và độ mất năng lượng 푡 như sau: = 푡 - E (3) Trong đó thế năng ion hoá E là năng lượng cần thiết để một electron chuyển từ mức cơ bản K (푛1 = 1) trở thành electron tự do ở mức với 푛2 = ∞: E = 푊푛2 – 푊푛1 = 0 – 푊푛1 = Rh (4) Trong nhiều trường hợp, electron bắn ra có động năng đủ lớn để có thể ion hoá nguyên tử tiếp theo, đó là electron thứ cấp và được gọi là electron delta. Electron delta ban đầu với động năng cỡ 1000 eV có thể tạo nên một chuỗi các electron delta thứ cấp và do đó tạo nên một chuỗi các cặp ion. 4
  16. Bảng 1. Thế ion hoá E và độ mất năng lượng trung bình sinh cặp ion đối với một số chất khí[2] Độ mất năng lượng trung bình sinh cặp Khí Thế ion hóa E (eV) ion W (eV) 2 13,6 36.6 푒 24,5 41,5 2 14,5 34,6 2 13,6 30,8 Ne 21,5 36,2 Ar 15,7 36,2 Kr 14,0 24,3 Xe 12,1 21,9 Không khí 33,7 2 14,4 32,9 4 14,5 27,3 2 2 11,6 25,7 2 4 12,2 26,3 2 6 12,8 24,6 Do hạt beta chỉ mất phần năng lượng 푡 để ion hoá nguyên tử, nên dọc theo đường đi của mình, nó có thể gây ra một số lớn cặp ion. Năng lượng trung bình để sinh một cặp ion thường gấp 2 đến 3 lần thế năng ion hoá. Đó là do ngoài quá trình ion hoá, hạt beta còn mất năng lượng do kích thích nguyên tử. Chẳng hạn, đối với oxygen và nitrogen, thế ion hoá tương ứng là 13,6 eV và 14,5 eV, trong lúc độ mất năng lượng trung bình để sinh một cặp ion là 30,8 eV và 34,6 eV. Bảng 1 trình bày thế ion hoá E và độ mất năng lượng trung bình khi sinh ra cặp ion w đối với một số chất khí. Do hạt beta có khối lượng bằng khối lượng electron quỹ đạo nên va chạm giữa chúng làm hạt beta chuyển động khỏi hướng ban đầu và như vậy hạt beta chuyển động theo hướng đường cong gấp khúc sau nhiều va chạm trong môi trường hấp thụ, cuối cùng sẽ dừng lại khi hết năng lượng để ion hoá. Dọc theo đường đi 5
  17. này có rất nhiều cặp ion tạo nên do quá trình ion hoá sơ cấp của hạt beta ban đầu lẫn quá trình ion hoá thứ cấp do các hạt electron delta. Quỹ đạo chuyển động đó có thể ghi nhận bằng phương pháp nhũ tương ảnh hay buồng bọt. 1.3. Độ ion hoá riêng (Specific ionization) Độ ion hoá riêng là số cặp ion tạo ra trên một đơn vị đường đi của hạt beta. Độ ion hoá riêng khá cao đối với các hạt beta năng lượng thấp, giảm dần khi tăng năng lượng hạt beta, đạt cực tiểu ở năng lượng khoảng 1 MeV, rồi sau đó tăng chậm. Độ ion hoá riêng được xác định qua tốc độ mất năng lượng tuyến tính của hạt beta do ion hoá và kích thích, một thông số quan trọng dùng để thiết kế thiết bị đo liều bức xạ và tính toán hiệu ứng sinh học của bức xạ. Tốc độ mất năng lượng tuyến tính của hạt beta tuân theo công thức sau: 4 9 4 2 2 푞 푍(3.10 ) β 2 푒 = 2 ―6 {ln[ 2 2 ] - β } (5) β (1,6.10 ) (1 ― β ) Trong đó: N là số nguyên tử của chất hấp thụ trong 1 3, Z là số nguyên tử của chất hấp thụ, NZ = 3,88.1020푒―/ 3 là số electron của 1 3 không khí ở nhiệt độ 00C và áp suất 760 mm thuỷ ngân, = 0,51 MeV là năng lượng tĩnh của electron, là động năng của hạt beta, β = v/c, trong đó v là vận tốc của hạt beta còn c = 3.1010 cm/giây, I (có giá trị 8,6.10―5 MeV đối với không khí và 1,35. 10―5Z MeV đối với các chất hấp thụ khác) là thế ion hoá và kích thích của nguyên tử chất hấp thụ. Nếu biết trước đại lượng W, là độ mất năng lượng trung bình sinh cặp ion, thì độ ion hoá riêng (Specific ionizaion) được tính theo công thức sau: / (푒 / ) s = (6) 푤 (푒 / .푖) trong đó c.i là số cặp ion. 1.4. Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (LET) Độ ion hoá riêng được dùng khi xem xét độ mất năng lượng do ion hoá. Khi quan tâm đến môi trường hấp thụ, thường sử dụng tốc độ hấp thụ năng lượng tuyến 6
  18. tính của môi trường khi hạt beta đi qua nó. Đại lượng xác định tốc độ hấp thụ năng lượng nói trên là hệ số truyền năng lượng tuyến tính Hệ số truyền năng lượng tuyến tính LET được định nghĩa theo công thức sau: LET = 퐿 (7) 푙 Trong đó 퐿 là năng lượng trung bình mà hạt beta truyền cho môi trường hấp thụ khi đi qua quãng đường dài dl. Đơn vị đo thường dùng đối với LET là keV/µm. 1.5. Bức xạ hãm (Bremsstrahlung) Khi hạt beta đi đến gần hạt nhân, lực hút Coulomb mạnh làm nó thay đổi đột ngột hướng bay ban đầu và phát năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ, gọi là bức xạ hãm. Năng lượng các bức xạ hãm phân bố liên tục từ 0 đến giá trị cực đại bằng động năng của hạt beta. Rất khó tính toán dạng phân bố năng lượng của các bức xạ hãm nên người ta thường sử dụng các đường cong đo đạc thực nghiệm. Để đánh giá mức độ nguy hiểm của bức xạ hãm, người ta thường dùng công thức gần đúng sau đây: ―4 f = 3,5.10 Z (8) Trong đó: f là phần năng lượng tia beta chuyển thành photon; Z là số nguyên tử của chất hấp thụ và (MeV) là năng lượng cực đại của hạt beta. Công thức (8) cho thấy khả năng sinh bức xạ hãm tỉ lệ thuận với số nguyên tử của chất hấp thụ. Do đó vật liệu dùng che chắn tia beta thường được làm từ các vật liệu nhẹ. Nhôm với Z = 13 là vật liệu che chắn tia beta nặng nhất và cũng ít khi được sử dụng. 1.6. Quãng chạy của hạt beta trong vật chất Do hạt beta mất năng lượng dọc theo đường đi của mình nên nó chỉ đi được một quãng đường hữu hạn. Như vậy, nếu cho một chùm tia beta đi qua bản vật chất, chùm tia này bị dừng lại sau một khoảng đường đi nào đó. Khoảng đường đi này gọi là quãng chạy (range) của hạt beta, nó phụ thuộc vào năng lượng tia beta và mật độ vật chất của môi trường hấp thụ. Biết được quãng chạy của tia beta với năng lượng cho trước có thể tính được độ dày của vật che chắn làm từ vật liệu xác định. Một đại lượng thường dùng khi tính toán thiết kế che chắn là độ dày hấp thụ một 7
  19. nửa (absorber half-thickness), là độ dày của chất hấp thụ làm giảm số hạt beta ban đầu đi một nửa sau khi đi qua bản hấp thụ. Đo đạc thực nghiệm cho thấy độ dày hấp thụ một nửa vào khoảng 1/8 quãng chạy. Ngoài quãng chạy tuyến tính du tính theo cm người ta còn dùng quãng chạy 2 tính theo mật độ diện tích 푡 có đơn vị g/ và được xác định như sau: 2 3 푡 (g/ ) =ρ (g/ ) x (cm) (9) Trong đó ρ là mật độ khối của chất hấp thụ, tính theo g/ 3. Trong tính toán thiết kế độ dày vật liệu che chắn, ngoài bề dày tuyến tính (linear thickness) tính theo cm người ta còn dùng bề bày mật độ (density thickness) tính theo đơn vị g/ 2 hay mg/ 2. Việc sử dụng đại lượng bề dày mật độ làm đơn giản phép tính vì khi đó bề dày không phụ thuộc vào vật liệu cụ thể.[2] 1.7. Biểu diễn mối quan hệ giữa thế và số cặp ion Nguyên tắc hoạt động của detector chứa khí như sau: Khi các hạt tích điện dịch chuyển trong chất khí, nó sẽ ion hoá các phân tử chất khí dọc theo đường đi tạo ra các ion mang điện dương và các electron tự do được gọi là cặp ion-electron. Các ion có thể được tạo ra do tương tác giữa phân tử với hạt mang điện hoặc do va chạm với các hạt mang điện thứ cấp được tạo ra từ quá trình ion hoá sơ cấp. Ở đây ta không quan tâm đến năng lượng cơ học của electron hay ion nhận được do va chạm mà chủ yếu chỉ quan tâm đến số cặp ion được tạo ra dọc theo đường đi của hạt bức xạ. Các kiểu detector khí ngày nay đang được phát triển mạnh theo chiều hướng mảng các detector để phục vụ cho các nghiên cứu chụp ảnh, phân tích cấu trúc vật liệu. Nếu sử dụng chúng trong đo photon thì khả năng xác định của chúng đối với các bức xạ chỉ đến khoảng 200 keV. Một detector chứa khí đơn giản gồm một ống chứa khí và hai điện cực, thành của ống chứa khí được thiết kế để cho bức xạ cần ghi đi được vào phía bên trong ống chứa khí. Các kiểu detector chứa khí vẫn còn được sử dụng đến ngày nay là: Buồng ion hoá; Ống đếm tỉ lệ; Ống đếm Geiger Muller (GM). Hình 2 minh hoạ sơ đồ cấu tạo một detector chứa khí. Điện tích tạo ra do quá trình ion hoá được thu góp ở các điện cực của detector. Khi không có sự ion hoá, chất khí giống như một chất cách điện và không có dòng điện ở mạch ngoài. Số các 8
  20. cặp ion được tạo ra ở bên trong detector phụ thuộc vào điện trường trong detector, kiểu khí hoặc hỗn hợp khí, áp suất bên trong và hình học của detector, Hình 2. Sơ đồ cấu tạo của một detector chứa khí[1] Hình 3 là các đường đặc trưng của buồng ion hoá và ống đếm tỉ lệ đối với hạt beta. Đường đặc trưng này được chia thành năm vùng phụ thuộc điện áp giữa anốt và catốt của detector. Hình 3. Đường đặc trưng của buồng ion hoá và ống đếm tỉ lệ[4] 9
  21. Vùng I: Vùng tái kết hợp (Recombination Region) Trong vùng I có sự cạnh tranh giữa quá trình mất các cặp ion-electron do sự tái hợp và sự ion hoá do hạt mang điện tạo ra. Khi tăng điện trường, vận tốc của các ion tăng, do đó xác suất tái hợp giảm và lượng điện tích thu góp được trở nên lớn hơn. Vùng này không được sử dụng làm vùng làm việc của các detector chứa khí. Vùng II: Vùng ion hoá (Ionization Region) Khi điện trường đủ lớn, quá trình tái hợp giảm, do đó có nhiều cặp ion chuyển động và được thu góp tại các điện cực. Trong vùng này, dòng điện phụ thuộc chủ yếu vào số ion do bức xạ gây ra, nó hầu như không phụ thuộc vào giá trị điện áp ở các điện cực. Vùng này được xem như vùng làm việc của buồng ion hoá. Vùng III: Vùng tỉ lệ (Proportional Region) các electron được gia tốc đến vận tốc cao, nó va chạm với các phân tử khí gây ion hoá chúng và tạo ra các ion thứ cấp, do đó lượng điện tích bên trong ống đếm được nhân lên. Lượng điện tích thu góp được sẽ tỉ lệ với số ion và electron ban đầu do bức xạ gây ion hoá tạo ra. Ống đếm làm việc trong vùng này được gọi là ống đếm tỉ lệ. Ở cuối vùng tỉ lệ, lượng điện tích thu góp được bắt đầu trở nên phụ thuộc nhiều hơn vào điện áp. Hệ số nhân trrong vùng tỉ lệ thường vào cỡ ~ 103 ÷ 105. Vùng IV: Vùng Geiger Muller (Geiger Muller Region) hiệu điện thế giữa các điện cực tiếp tục tăng, các ion xuất hiện tiếp tục được tăng tốc. Do điện trường lớn nên chúng có thể thu được năng lượng lớn hơn trước khi va chạm với các phân tử khí trong ống đếm. Trong trường hợp như vậy, chúng sẽ dẫn đến sự tạo thành ion của phân tử. Sau khi được tăng tốc, hai ion sẽ thành 4 ion, 8 ion, v.v , trong chất khí sẽ xảy ra sự ion hoá kiểu thác lũ phát triển. Khả năng phân biệt các hạt sơ cấp không còn, xung lượng của các hạt khác nhau đều giống nhau. Do đó, hầu như không có sự khác nhau giữa loại bức xạ hoặc năng lượng của hạt tới trong vùng này. Các ống đếm hoạt động trong vùng này được gọi là ống đếm Geiger Muller. Khả năng gia tốc electron cao hơn do khối lượng nhỏ hơn hàng ngàn lần khối lượng ion. Vùng V: Vùng đánh thủng (Continuous Discharge Region) quá trình ion hoá xảy ra trong toàn bộ vùng thể tích khí giữa hai điện cực, sự phóng điện xảy ra trong thể tích khí của ống đếm. Vùng này không được sử dụng làm vùng làm việc của các detector chứa khí.[5] 10
  22. Trong trường hợp ống khỏa sát là hệ phổ kế đo β loại dòng đàu dò hấp vào mặt. Vì vậy, cần biết cơ chế hoạt động của đầu dò hấp vào mặt. 1.8. Đầu dò hấp vào mặt 1.8.1. Lý thuyết Tương tự như quá trình ion hoá chất khí trong buồng ion hoá, quá trình hình thành các hạt tải điện trong chất rắn cũng có thể sử dụng để ghi đo bức xạ. Thời gian tái hợp ở trong chất rắn lớn hơn do độ linh động của các hạt tải điện là lớn. Một tính chất quan trọng nữa là do năng lượng ω bé nên biên độ tín hiệu lớn và độ phân giải tốt. Giả sử ta dùng một lớp tiếp xúc p-n có độ dày khác nhau, lớp bán dẫn n là rất mỏng và có độ pha tạp tạp chất rất cao, làm cửa sổ vào đối với bức xạ. Miền với chất bán dẫn p có nồng độ tạp chất vừa đủ. Kết quả của sự khuếch tán các hạt tải điện trong vùng cấm làm xuất hiện điện tích vùng không gian ρ(x), điện trường E(x) trong vùng này biến đổi theo quy luật tuyến tính, còn điện thế theo quy luật parabol. Điện áp ngược bên ngoài cùng với sự khuếch tán (tiếp xúc trong) ( 푈 = 0,3 V với Ge và 푈 = 0,6 V với Si) tạo nên hiệu điện thế 푈 giữa lớp p-n. Các hạt tải điện được tạo ra bởi các bức xạ ion hoá trong vùng cấm sẽ tạo nên tín hiệu tương tự như buồng ion hoá trong điện trường. Từ sự thay đổi dạng parabol của U(x), độ rộng l của vùng cấm là: 휀 푈 + 푈 l = 2 푒 (10) Trong đó ε là hằng số điện môi của chất bán dẫn và là nồng độ tạp chất trong miền p, 푈 là điện thế nguồn nuôi. 11
  23. Hình 4. Phân bố điện tích, điện thế U(x), điện trường E(x) trong detector bán dẫn p-n[5] 푒 푆 1 Điện dung của vùng cấm: = với S là diện tích tiếp xúc. 2 푈 + 푈 푈 + 푈 Điện trường cực đại: = 2 . 푙 Cấu trúc detector bán dẫn như trình bày ở trên gọi là detector hàng rào mặt. 2 4 Điện trở suất δ푠푖 = 10 ÷ 10 và chịu thế ngược 200 V ÷ 300 V. Với chiều dày lớp nghèo (p) cỡ 0,5 đến 1 mm đủ để ghi nhận bức xạ beta với năng lượng 500 keV, hạt α của các đồng vị phóng xạ tự nhiên và hạt p được gia tốc ở năng lượng thấp. Điện dung của detector cỡ 55 pF và tạp âm có thể làm tồi khả năng phân giải đến 7 keV. 12
  24. Hình 5. Phân bố điện tích, điện thế U(x), điện trường E(x) trong detector bán dẫn p-i-n[5] Để mở rộng vùng cấm với điện trường không đổi, có thể thực hiện bằng cách đưa vào giữa lớp n-p một lớp không chứa tạp chất (miền i) tạo nên detector p-i-n. Điện trường: 푈 + 푈 E(x) = (11) 푙 Nhờ vào việc mở rộng thêm vùng không tạp chất i, điện dung 푒푡 của detector giảm đáng kể, cỡ khoảng 10 pF với diện tích lớn cỡ 5 2, còn trong 2 detector p-n với diện tích cỡ 2 , 푒푡 vào khoảng 50 đến 100 pF. Dòng rò của detector bán dẫn (dòng ngược cân bằng khi không có sự ion hoá bên trong) bao gồm dòng mặt, dòng khối, dòng khuếch tán. Dòng này được gây nên bởi các hạt tải điện không cơ bản (trong chất bán dẫn, phần tử tải điện nào có mật độ lớn hơn gọi là phần tử tải điện cơ bản và phần tử còn lại gọi là không cơ bản. Như vậy trong bán dẫn n phần tử tải điện cơ bản là electron, còn trong bán dẫn p là lỗ trống). Các phần tử tải điện này phát sinh do dao động nhiệt trên một khoảng cách nhỏ hơn chiều dài khuếch tán từ cuối của lớp i. Khi chiều dài của lớp i là đủ lớn thì dòng khuếch tán có thể bỏ qua so với dòng khối 0. Khi đó dòng khối có dạng: 푒. 푛 = Sl 푖 (12) 0 휏 푛푖 là mật độ của chất bán dẫn không pha tạp; 13
  25. t là thời gian sống của các hạt tải điện. Trong Si với tạp chất nồng độ thấp 10 3 (detector loại p-i-n), ở nhiệt độ T = 300 K, τ = 1µs , 푛푖 = 1,5.10 , thì 0 / Sl = 3 2 1µA/ . Bởi vậy trong detector, với S = 2 và l = 5 mm thì 0=1µA.[5] 1.8.2. Nguyên tắc làm việc của detector bán dẫn - Cấu trúc các dải năng lượng trong chất bán dẫn Nguyên tắc làm việc của detector bán dẫn cũng giống như buồng ion hóa, trong đó thay môi trường khí bằng môi trường rắn có độ dẫn điện thấp. Các bức xạ như alpha, beta, gamma, tương tác với các nguyên tử trong miền nhạy của detector sinh ra các electron do hiệu ứng ion hóa và do đó tạo tín hiệu lối ra. Vật liệu thường dùng trong detector bán dẫn là silicon (Si) và germanium (Ge). Bức xạ vào với năng lượng cỡ 3.5 eV có thể tạo nên một cặp ion trong chất bán dẫn. Để so sánh, ta thấy năng lượng bức xạ cỡ 34 eV mới ao nên một cặp ion trong chất khí. Như vậy detector bán dẫn cho tín hiệu điện cỡ 10 lần lớn hơn tín hiệu điện trong chất khí do cùng một bức xạ gây nên. Biên độ xung điện tỉ lệ với năng lượng bức xạ vào, do đó detector bán dẫn được dùng để đo phổ năng lượng bức xạ. Các electron quỹ đạo trong nguyên tử tồn tại ở các mức năng lượng xác định. Trong vật rắn, các mức năng lượng đó gọi là các dải năng lượng. Dải năng lượng cao nhất gọi là dải hóa trị. Dải năng lượng hóa trị cách dải dẫn bởi một miền gọi là các dải cấm. Độ rộng của dải cấm trong chất bán dẫn Si hay Ge vào khoảng 1 eV trong lúc dải cấm trong chất cách điện khoảng 5 eV. Bức xạ ion hóa có thể cung cấp năng lượng cho electron để nó có thể chuyển từ dải hóa trị vượt qua dải cấm chuyển lên dải dẫn. Khi chuyển qua dải dẫn, electron để lại lỗ trống trong dải hóa trị. Hình 6. Hình thành cặp electron – lỗ trống trong chất bán dẫn[6]  Electron: Lỗ trống 14
  26. - Sự dịch chuyển của electron và lỗ trống trong điện trường Quá trình chuyển electron từ dải hóa trị lên dải là quá trình ion hóa và cặp electron lỗ trống có thể so sánh với cặp ion trong chất khí. Trong detector chứa khí, các ion dương và âm chuyển động đến các cực điện. Trong detector bán dẫn, các electron chuyển động về cực dương còn tổ trống cũng chuyển động đến cực âm nhưng thực sự không đúng nghĩa như trong chất khí. Lỗ trống dịch chuyển từ vị trí này sang vị trí khác nếu electron rồi khỏi một vị trí trong dải hóa trị để chiếm một vị trí có lỗ trống khác. Vị trí bỏ trống do electron bỏ đi là lỗ trống mới. Do electron có xu hướng chuyển động về phía cực dương nên lỗ trống dịch chuyển về phía cực âm. - Các chất bán dẫn loại n và chất bán dẫn loại p Các nguyên tố Si và Ge thuộc cột thứ IV trong bảng tuần hoàn Mendeleev, do đó cấc nguyên tử Si và Ge có 4 4 electron hóa trị. Trong tinh thể, các nguyên tử nối với nhau bằng các mối liên kết cộng hóa trị. Khi tinh thể hấp thụ năng lượng cấc mối liên kết này bị phá vỡ, chỉ cần 1,12 eV để bức một trong các electron hóa trị trong Si ra ngoài để tạo nên một cặp ion. Electron tự do và lỗ trống dể dàng chuyển động tinh thể. Nếu vật liệu sạch chỉ có Si hay Ge thì số electron tự do và lỗ trống bằng nhau. Vật liệu như vậy gọi là chất bán dẫn thuần. Nếu chất bán dẫn có lẫn tạp chất thì số electron tự do có thể nhiều hơn hay ít hơn số lỗ trống. Sự hoạt động của detector bán dẫn phụ thuộc vào tính chất của nó là thừa electron (chất bán dẫn loại n) hay thừa lỗ trống (chất bán dẫn loại p). Chất bán dẫn loại n: Ta hãy xét chất bán dẫn silicon sạch, trong đó số electron và số lỗ trống bằng nhau khi bị ion hóa. Khi thêm một tạp chất vào tinh thể silicon, vật liệu này sẽ trở thành chất bán dẫn loại n hay loại p. Chẳng hạn ta thêm tạp chất từ nhóm V cảu bảng tuần hoàn, như phosphorous, arsenic, antimony hay bismuth với các nguyên tử có 5 electron hóa trị thì 4 electron của nguyên tử tạp chất sẽ nối với 4 electron hóa trị trong nguyên tử silicon tạo nên các mối quan liên kết cộng hóa trị. Electron thứ 5 của nguyên tử tạp chất còn lại là electon thừa, nó tự do chuyển động trong tinh thể và tham gia vào quá trình hình thành tín hiệu điện. Tinh thể silicon với tạp chất nêu trên trở thành tinh thể loại n còn tạp chất tương ứng gọi là tạp chất cho. Mức năng lượng của electron tự do nằm gần miền dẫn nên rất dể chuyển thành electron dẫn ( Hình 7). Chất bán dẫn loại p: Để tạo nên tinh thể loại p người ta thêm tạp chất từ các nguyên tố thuộc nhóm III trong bảng tuần hoàn, chẳng hạn như boron, aluminum, 15
  27. gadolinium hay indium với các nguyên tử có 3 electron hóa trị. Tạp chất loại này được gọi là tạp chất nhận. Mức năng lượng của lỗ trống nàm gần miền hóa trị nên rất dễ chuyển thành lỗ trống (Hình 7) Hình 7. Chất bán dẫn loại n (hình a) chất bán dẫn loại p (hình b)[6] - Nguyên tắc làm việc của detector bán dẫn Hình 8. Sơ đồ nguyên tắc của detector bán dẫn loại tiếp xúc[6] Miền p trong silicon hay germanium đặt tiếp xúc với miền n tạo nên lớp tiếp giáp n-p. Đặt một điện thế vào miền tiếp giáp, trong đó miền p nối với cực dương còn miền n nối với cực âm thì trở kháng lớp tiếp giáp rất bé và có dòng điện chạ qua lớp giáp. Nếu đặt điện áp phân cực ngược lại, miền n nối với cực dương còn miền p nối với cực âm như trên hình 12 thì không có dòng điện qua lớp tiếp giáp, trừ dòng rò rất bé do sự chuyển động nhiệt của các eletron và lỗ trống. Miền gần lớp tiếp giáp không có các electron và lỗ trống do điện thế có phân cực nói trên. Miền này gọi là miền nghèo và là miền nhạy của detector bán dẫn. Khi một bức xạ đi qua 16
  28. miền nghèo này nó tạo nên các cặp electron – lỗ trống. Dưới tác dụng của điện trường cao thế, các electron và lỗ trống chuyển động về các điện cực, tạo nên tín hiệu lối ra.[6] 1.8.3. Detector hàng rào mặt Detector hàng rào mặt là một trong những loại của Detector bán dẫn. Trong detector hàng rào mặt, lớp p – n thường thu được trên mặt chất bán dẫn Si loại n. Một phương pháp đơn giản chế tạo loại detector này được mô tả như sau. Sau khi mài nhẵn và đánh sạch tấm Si loại n, người ta phủ lên một mặt một lớp niken dùng làm điện cực nối. Còn mặt kia của tấm Si bị oxy hóa trong không khí và biến thành chất bán dẫn loại p, do đó lớp tiếp xúc p – n tự động hình thành. Trên mặt chất bán dẫn loại p phun một lớp vàng mỏng dùng làm cực nối thứ hai. Để có lớp tiếp xúc dày cần có thời gian khuếch tán dài và nhiệt độ cao. Với giá trị của điện 2 4 trở xuất 휌푆푖 = 10 - 10 Ω.cm và thế ngược 200 – 300 V, chiều dày của lớp nghèo có thể đạt tới 500 – 1000 µ. Chiều dày này theo đánh giá đủ để ghi các mảnh phân chia, bức xạ beta với năng lượng dưới 500 keV, hạt ampha của cấc đồng vị phóng xạ tự nhiên và hạt proton được gia tốc ở năng lượng thấp. Vì chiều dày lớp nghèo bé nên điện dung các detector hàng rào mặt lớn và do đó giới hạn khả năng phân giải năng lượng. Với điện tích detecto 1 2. Và chiều dày d = 0,02 cm thì điện dung của lớp tiếp xúc sẽ bằng 55 pF và tạp âm hạn chế khả năng phân giải đến 7 keV.[7] 1.9 Lý thuyết về đo tia Beta Việc đo lường năng lượng hạt beta có thể được thực hiện với các máy dò hạt tích điện. Phân rã beta xảy ra khi một hạt nhân có số lượng nơtron dư thừa so với 204 204 hạt nhân ổn định. Ví dụ: 푙 phân rã thành 푃 và phát ra hạt beta. Để đạt 204 được sự ổn định, một trong những nơtron trong hạt nhân của 푙 sẽ được chuyển thành một proton. Quá trình này là: n → p + 훽 + 휈 (13) trong đó: 휈 là một neutrino. Từ phương trình (13) có thể thấy rằng có ba hạt trong trạng thái cuối cùng. Năng lượng kích thích sẽ được chia sẽ bởi 훽 và 휈 . Về mặt lý thuyết, 훽 có thể có bất kỳ năng lượng tối đa nào ( β ), nhưng xác suất có mức năng lượng này đi kèm 훽 là rất thấp. 17
  29. Một phổ beta điển hình, được thể hiện trong hình 16 , cho biết phân phối các 204 xác suất tương đối cho các phần của β đi kèm với số đếm được đo cho 푙. Đây là một liên tục điển hình của năng lượng 훽. Năng lượng mà được biểu diễn tại đường chéo cơ sở ngoại suy của ퟒ Hình 9. Phổ Beta của 푻풍[8] Đường cong (xung quanh kênh 650 trong Hình 9) là βmax. Năng lượng điểm 204 cuối cho 푙 là 0.766 MeV. Các hệ thống có thể được hiệu chỉnh với electron chuyển đổi đã biết năng lượng từ trong quá trình chuyển đổi nội bộ nó là có thể cho một hạt nhân truyền đạt năng lượng kích thích của nó trực tiếp đến một trong các electron quay quanh của nó và electron sau đó sẽ rời nguyên tử với năng lượng rời rạc ( 푒). Năng lượng này được cho bởi 푒 = – (14) Trong đó: 푒 = năng lượng đo được của electron chuyển đổi, = năng lượng kích thích có sẵn trong phân rã, = năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử. Ba số lượng này có thể được tìm thấy. Hình 10, 11 và 12 cho thấy quang phổ 207 113 137 điện tử chuyển đổi cho 푖, 푆푛 và 푠. Đường chuẩn cho số kênh so với năng lượng cũng được thể hiện trong Hình 10. 18
  30. Hình 10. Phổ electron chuyển đổi của 풊[8] Hình 11 . Phổ electron của 푺풏[8] Hình 12 . Phổ electron của 푪풔[8] Ứng dụng của máy dò hàng rào mặt: danh sách thiết bị xác định một ORTEC thích hợp máy dò hàng rào mặt cho công việc này. BA-016-025- Máy dò 1500 có sự kết hợp các thông số đáp ứng các yêu cầu. Cảnh báo: không bao giờ chạm vào bề mặt tiếp xúc của vật máy dò với bất kỳ vật liệu lạ nào đặc biệt là ngón tay. Bề mặt là một lớp vàng lắng đọng bị hư hại 19
  31. không thể khắc phục bằng dầu da hoặc bất kỳ chất mài mòn nào. Có thể xử lý máy dò theo cạnh của nó hoặc trong các trường hợp bảo vệ. Hình 13 cho thấy phạm vi so với đường cong năng lượng cho beta trong silicon. Nếu năng lượng beta tối đa cho đồng vị đã biết, độ dày cần thiết có thể được xác định từ đường cong. Năng lượng tối đa cho Thử nghiệm sẽ là electron chuyển 207 đổi MeV 1,048 từ 푖, như thể hiện trong Hình 10 theo Hình 13, bản beta thử nghiệm 1,048 MeV sẽ có phạm vi ~ 1700 µm. Kể từ khi hình dạng của beta không phải là một đường thẳng, nó không phải là hoàn toàn cần thiết máy dò có độ dày chỉ định. Vì vậy, thử nghiệm này cần đề xuất một máy dò 1500 µm.[8] Hình 13. Năng lượng Beta với độ dày trong Silicon[8] 20
  32. Chương II: KHẢO SÁT HỆ PHỔ KẾ ĐA KÊNH ΒETA Hình 14. Hệ phổ kế đa kênh Beta. 2.1. Khung giỏ NIM Hình 15 . Hình ảnh của khung giỏ NIM Khung giỏ NIM cung cấp nguồn nuôi thế thấp cho toàn bộ hệ thiết bị hoạt động bình thường. 21
  33. 2.1.1. Thông số kĩ thuật Chất lượng theo quy định của TID-20893 (Rev), cung cấp khả năng thay thế của tất cả các mô-đun chuẩn. Kích thước tiêu chuẩn của khung: cao 22,23 cm (8-3 / 4 in), rộng 48,26 cm (19 in). Khi phần sau khung không có nguồn điện: 26,6 cm (10,5 in); với nguồn điện 4002D, 40,6 cm (16,0 in). Phần kết nối 12 mỗi đầu nối như theo quy định của TID-20.893 (Rev). Cài đặt kết nối: Tất cả các kết nối của khung có dây song song cho + 6V, - 6V, +12V, -12V, + 24V, -24V, nguồn điện chất lượng cao và 117 V ac, theo mã pin TID-20893 (Rev), với đầu nối giao diện được trang bị cho kết nối với nguồn điện theo yêu cầu của TID20893 (Rev). Kết cấu: Phần bên bằng hợp kim nhôm với tay cầm mạ crôm ở mặt trước mặt bích. Phần trên cùng và dưới cùng là các mối hàn que thép cường độ cao, mạ niken, chứa mô-đun hướng dẫn. Tấm kết nối phía sau là thép, mạ cadmium (Cd). Trọng lượng: Thực 4,5 kg (10 lb); công suất cung cấp 10,5 kg (23 lb). Môi trường: Nhiệt độ 0-450C. Độ ẩm tối đa 95%, không ngưng tụ. Độ cao đến 2000 mét. 2.1.2. Hoạt động - Bảng điều khiển chức năng Công tắc ON/OFF ngắt cả hai bên của đầu vào đường dây điện. Nguồn điện: đèn báo cho biết nguồn điện đầu vào ac đang được cung cấp cho máy biến áp chính. Một cầu chì cháy hoặc một nhiệt độ bất thường sẽ dập tắt ngọn đèn này. Nhiệt độ an toàn: Đèn báo cảnh báo được chiếu sáng nếu nhiệt độ cung cấp điện tăng lên trong khoảng 200C của nhiệt độ hoạt động an toàn tối đa. Khi nào đạt đến nhiệt độ an toàn tối đa, thiết bị ngắt cung cấp điện và cả hai đèn đều không được chiếu sáng. Nút điều khiển: Nằm trên bảng điều khiển; cho phép kiểm tra thuận tiện điện áp cung cấp điện từ bảng điều khiển phía trước mà không tháo gỡ cung cấp. 22
  34. - Giới hạn cung cấp điện Dòng điện có sẵn tại mỗi điện áp phụ thuộc vào nguồn điện. Kể từ khi yêu cầu của TID-20.893 (Rev) đã được thay đổi theo thời gian, khả năng thực tế của bất cứ nguồn cung cấp sẽ phụ thuộc vào ngày tháng năm sản xuất. Các sách hướng dẫn cho việc cung cấp năng lượng đặc biệt trong sử dụng nên được tư vấn. Các khuyến cáo về nguồn của các mô-đun riêng lẻ đã nêu trên bảng mặt trước của họ. Người dùng cấp nguồn không được vượt quá bất kỳ hệ thống nào trong một khung đó.[10] 2.2. Máy phát xung chuẩn Pulser 480 Hình 16. Hình ảnh mặt trước và sau của máy phát xung chuẩn Pulser 480 2.2.1. Đặt điểm kỹ thuật - Đặt tính của máy Nhiệt độ ổn định : <± 0,01% / ° C, 0 đến 50 ° C. Độ ổn định điện áp dòng: <± 0,005% mỗi 10% thay đổi trong đường dây điện áp. Nhiễu sóng và tạp âm: 0,003% biên độ xung 23
  35. Độ phi tuyến: <± 0,25% toàn thang đo. Thời gian tăng: Dạng sóng theo hàm mũ, <10 ns (10 đến 90%). Thời gian giảm: phân rã theo cấp số nhân với thời gian liên tục 200 hoặc 400 ms (tùy thuộc vào việc có hay không các đầu ra trực tiếp chấm dứt). Dải nhiệt độ hoạt động: 0 đến 50ºC. Độ ẩm: 0 đến 95%, không ngưng tụ. - Điều khiển 22 lần phân thế trên bảng điều khiển phía trước bao gồm 62:1 khoảng biên độ cho kiểm soát chiều cao xung để đọc trực tiếp vào năng lượng tương đương. Điều chỉnh cả hai kết quả đầu ra. Chiều cao xung: Bảng điều khiển chiều cao xung đầu ra từ 0 V đến mức tối đa được xác định bởi công tắc Attenuator, cài đặt điều khiển Cal và tải kết thúc. Điều chỉnh biên độ của cả hai đầu ra. Bộ suy giảm: các công tắc mặt trước cung cấp độ suy giảm trong phạm vi 1000:1 với điện trở 1% (X2, X5, X10, X10). OFF / ON: Công tắc trượt phía trước bảng điều khiển cho phép rơle thủy ngân bên trong được điều khiển từ dòng điện xoay chiều. NEG / POS: Công tắc trượt bảng mặt trước xác định cực của tín hiệu đầu ra. - Đầu ra Đầu nối BNC mặt trước cung cấp đầu ra ghép đôi DC bị suy giảm âm hoặc dương với trở kháng 100 Ω. Lượng suy giảm được thiết lập bởi các công tắc Attenuator. Direct: Đầu nối BNC mặt trước cung cấp xung DC 0 đến 10 V dương hoặc âm với một trở kháng cao và xung tối đa 0 đến 5 V thành 100 Ω. Điều này tương đương với một phạm vi từ 0 đến 220-MeV năng lượng được gọi là một máy dò silic, khi được sử dụng với bộ kết nối điện tích liên quan. - Điện và cơ học Nguồn yêu cầu: +24 V, 60 mA; –24 V, 60 mA; +12 V, 0 mA; –12 V, 0 mA; 117 V ac, 8 mA (chỉ được sử dụng để điều khiển rơle). Trọng lượng: 0,9 kg (2,1 lb). 24
  36. Kích thước: Mô-đun NIM một chiều rộng tiêu chuẩn 3,43 X 22,13 cm (1,35 X 8,714 in.) trên mỗi DOE / ER-0457T. - Phụ kiện Điện áp kết thúc: Đầu cuối điện trở 100 Ω tiêu chuẩn được gắn vào đầu nối đầu ra trực tiếp trên bảng mặt trước để kết thúc đầu ra chính xác khi chỉ sử dụng đầu ra suy giảm. Sạc điện: Một thiết bị đầu cuối được thiết kế đặc biệt được gắn vào một kẹp phía sau và nên được sử dụng để chấm dứt đầu ra của bộ tạo xung và cấp tín hiệu sạc vào đầu vào tín hiệu của một tiền khuếch đại nhạy điện tích khi xung đầu ra đang được trang bị cho loại thử nghiệm này. 2.2.2. Hoạt động Mô phỏng các tín hiệu đầu ra máy dò bức xạ. Có thể được hiệu chỉnh để đọc trực tiếp về mặt tích tụ năng lượng tương đương trong máy dò bức xạ bán dẫn. Hình dạng xung theo hàm mũ có thời gian tăng < 10 ns và hằng số thời gian phân rã 200 hoặc 400 µs. Tốc độ xung tần số dòng. Phân cực dương hoặc âm. Đầu ra trực tiếp từ 0 đến 10 V. Ngõ ra suy giảm với phạm vi suy giảm 1000:1. Mô hình ORTEC Model 480 Pulser mô phỏng tín hiệu đầu ra từ một máy dò bức xạ rắn hoặc nhấp nháy và cung cấp một phương tiện kiểm tra các thiết bị điện tử trong một hệ thống xử lý xung. Nó có 1% độ chính xác tổng thể, sự ổn định tốt như là một hàm của nhiệt độ và thời gian, và điều khiển bảng điều khiển phía trước cho phép công cụ được hiệu chỉnh để đọc trực tiếp về năng lượng tương đương lắng đọng trong một máy dò phóng xạ. Model 480 có điện áp tham chiếu nội bộ ổn định, có hiệu quả độc lập với bất kỳ nguồn cấp điện mô-đun hoặc thay đổi điện áp dòng điện. Bốn công tắc chuyển mạch trong sắp xếp suy hao pi trong dòng đầu ra suy giảm cung cấp một sự suy giảm tối đa 1000:1. Đầu ra trực tiếp trước các thiết bị chuyển mạch suy hao và cung cấp một phương tiện để dao động được ổn định. Một bộ ngắt điện tích và bộ ngắt 25
  37. điện áp 100 Ω được cung cấp cùng với thiết bị này điện tích của điện áp cho phép xung điện áp được chuyển đổi thành xung điện tích để khuếch đại tiếp theo bộ khuếch đại nhạy cảm với điện tích.Việc sử dụng bộ ngắt điện áp cho phép xung điện áp được đưa trực tiếp vào các thiết bị khác như bộ khuếch đại, bộ tách sóng và ADC. Model 480 Pulser được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn thay thế cho nhau của DOE / ER-0457T. Thùng chứa ORTEC NIM và nguồn cấp điện cung cấp tất cả năng lượng cần thiết thông qua đầu nối mô-đun phía sau. Tất cả các mức tín hiệu và trở kháng đều tương thích với tất cả các mô-đun chuẩn ORTEC NIM khác.[11] 2.3. Bộ khuếch đại phổ 575A Hình 17. Hình ảnh mặt trước và sau của bộ khuếch đại phổ 575A. 2.3.1. Thông số kĩ thuật - Hiệu xuất Phạm vi tăng: Điều chỉnh liên tục từ 5 đến 1250. Hình dạng xung: Bán Gaussian trên tất cả các phạm vi với thời gian đạt đỉnh bằng 2,2T, độ rộng xung 50% bằng đến 3,3T, và độ rộng xung ở mức 0,1% bằng 4,0 thời gian cao điểm. hai cực giao nhau = 1,5T. Giới hạn <± 0,05% cho 1,5 s hình thành thời gian. 26
  38. Tiếng ồn < 5 µV rms đầu vào bằng 3 µs định hình đơn cực, < 7 µV sử dụng định hình 1.5 µs; cả hai để đạt được 100. Nhiệt độ: Đạt ± 0,7575% / ° C, 0 đến 50 ° C. Dc Cấp ± 30 V / ° C, 0 đến 50 ° C Lối đi ± 5 ns tại 0,5 s định hình 50: 1 cho dãy động học, bao gồm đóng góp của một ORTEC 551 hoặc 552 Thời gian cố định phân đoạn đơn kênh máy phân tích. Phục hồi quá tải: Hồi phục trong vòng 2% công suất định mức từ quá tải ×300 trong 2,5 độ rộng xung không vượt quá mức tăng tối đa cho đầu ra đơn cực. Hồi phục tương tự từ quá tải × 500 cho lưỡng cực. Phục hồi: Ổn định đường cơ sở đang hoạt động với mạch ngưỡng tự động để cung cấp ngưỡng mức như một hàm của nhiễu tín hiệu đến đường cơ sở khôi phục riêng biệt. 60 Mở rộng phổ: Thông thường < 10% FWHM cho dòng gamma 표 1,33 MeV ở mức 85% tỷ lệ đầy đủ cho tốc độ đếm đến từ 1 đến 50k cps. Đầu ra đơn cực, định hình 1,5 µs. Sự thay đổi của quang phổ: Thay đổi vị trí đỉnh thường < 0,02% cho dòng gamma 60Co 1,33-MeV ở mức 85% toàn thang đo (được đo tại đầu ra đơn cực 1,5 s định hình, 1 đến 50k cps). - Điều khiển FINE GAIN: Chiết áp chính xác mười lần với quay số để truyền trực tiếp biến đổi liên tục hệ số tăng của × 2,5 đến × 12,5. Cho phép bù biên độ bị suy giảm. COARSE GAIN: Lựa chọn công tắc sáu vị trí điện trở phản hồi cho các hệ số đạt được là 2, 4, 10, 20, 40, và 100. SHAPIN TIME: Ba vị trí in dây bảng (PWB), dễ dàng truy cập thông qua bảng điều khiển bên cạnh, chọn hằng số thời gian cho hoạt động lọc xung nhịp 0,5, 1,5 hoặc 3 µs. POS / NEG: Công tắc chuyển đổi chọn Pos hoặc Neg độ phân cực xung đầu vào. PZ ADJ: Tuốc nơ vít điều chỉnh chiết áp để thiết lập việc hủy bỏ cực zero để bù đầu vào phân rã theo thời gian từ 30 µs đến vô cực. Là biến trở cho phép người 27
  39. sử dụng đặt giá trị hợp lý thỏa mản bù trừ của dao động (khắc phục các bưới âm/dương) so với động cơ khác. - Input Bảng điều khiển phía trước và phía sau BNC (UG-1094A / U) kết nối chấp nhận xung tích cực hoặc tiêu cực với thời gian tăng từ 10 đến 650 ns và thời gian phân rã của 30 µs đến vô cực; Zin = 1000 dc ghép đôi; tuyến tính tối đa 2 V; đỉnh cao nhất 20 V. - Output UNI: Đầu nối BNC mặt trước với 푍0 <1 Ω và kết nối bảng điều khiển phía sau với 푍0 = 93. Ngắt mạch điện, phạm vi tuyến tính toàn dải từ 0 đến +10 V; hoạt động bộ lọc hình; dc phục hồi với mức dc điều chỉnh để đạt ±25mV. Ngỏ vào tín hiệu đảo cực, dùng trong trường hợp quan tâm đến năng lượng. BI: Đầu nối BNC mặt trước với 푍0<1Ω và kết nối bảng điều khiển phía sau với 푍0 = 93. Ngắt mạch điện, tuyến tính dương và tuyến tính toàn diện phạm vi từ 0 đến +10 V; bộ lọc hoạt động có hình dạng. Ngõ vào tín hiệu đảo cực, dùng trong trường hợp quan tâm mặt thời gian. PREAMP POWER: ORTEC tiêu chuẩn bảng điều khiển phía sau đầu nối nguồn (Amphenol 17-10090) các liên kết bị giữ và dây điện không bị tắc trên tất cả ORTEC tiền khuếch đại. - Thiết bị liên quan Bộ khuếch đại ORTEC 575A chấp nhận xung tuyến tính từ và cung cấp năng lượng cho bất kỳ ORTEC chuẩn nào hoặc tương đương. Xung đầu ra của nó có thể được sử dụng để phân tích tín hiệu tuyến tính, sử dụng bất kỳ thiết bị mô-đun ORTEC và máy phân tích đa kênh nào. Điện và năng lượng cần thiết: +24 V, 55 mA; -24 V, 40 mA; +12 V, 70 mA; -2 V, 75 mA. Trọng lượng: 1,5 kg (3,3 lb). Kích thước: chiều rộng tiêu chuẩn Mô-đun NIM 3,43 × 22,13 cm (1,35 × 8,714 in.) Trên TID-20893 (Rev). 2.3.2. Hoạt động Model 575A kết hợp bộ phục hồi đường cơ sở có cổng tự động BLR khiến cho độ phân giải của hệ thống gần như không phụ thuộc vào tốc độ đếm đầu vào. 28
  40. Bộ phục hồi đường cơ sở có cổng bao gồm bộ phân biệt nhiễu tự động hoạt động các mạch cảm biến thường thiết lập tham chiếu đường cơ sở cho máy phân tích đa kênh. Hiệu suất của máy quang phổ thường phụ thuộc vào độ chính xác của thiết lập ngưỡng BLR. Model 575A mang đến sự tiện lợi của việc kiểm soát ngưỡng tự động thường cho kết quả tốt, hoặc tốt hơn, những người có kinh nghiệm nhất có thể đạt được bằng tay. Model 575A hình thành các xung đầu ra hình bán Gauss dẫn đến cải thiện hiệu suất tiếng ồn và giảm thời gian giải quyết bộ khuếch đại. Thời gian phân giải ngắn hơn cho phép tốc độ đếm cao hơn so với các bộ khuếch đại với các xung định hình cổ điển RC. Model 575A cung cấp đầu ra tuyến tính 10-V với độ ổn định tuyệt vời cho cả hai xung đầu ra đơn cực và lưỡng cực. Bộ khuếch đại Model 575A có tính kinh tế, đa năng nhất của ORTEC. Tiếng ồn đầu vào thấp, hằng số thời gian định hình có thể lựa chọn, và phạm vi đạt được cho phép hoạt động với các thiết bị dò bán dẫn, bộ đếm tỷ lệ và thiết bị phát hiện nhấp nhấy trong nhiều ứng dụng khác nhau. Khả năng hoạt động của Model 575A, cùng với chi phí thấp, cho phép sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nghiên cứu, giám sát môi trường và giảng dạy.[12] 2.4. Khối cao thế Quad Bias Supply Hình 18. Hình ảnh mặt trước và sau của khối cao thế Quad Bias Supply 29
  41. 2.4.1. Thông số kĩ thuật - Hiệu xuất Phân cực: Phân cực dương hoặc âm, có thể lựa chọn độc lập cho mỗi kênh nằng bản in mạch. Điện áp điều khiển độ phân giải: 0,5 V trên phạm vi 1000 V; 0,05 V trên phạm vi 100 V. Quy định điện áp đầu ra: < 0,001% hoặc 1 mV (tùy theo mức nào lớn hơn). Đầu ra cảm biến nhiệt độ áp xuất: < 30 ppm / °C từ 0 đến 50 °C. Rút đầu ra: < 2 mV đến đỉnh cao điểm, 5 Hz đến 100 MHz. Thời gian tăng đầu ra 100 ms. Dãy hiển thị: 0 đến 100 V trong 0,1 V trên phạm vi 100 V, từ 0 đến 1000 V trong 1 V trên phạm vi 1000 V, và 0 đến 19,99 µA trong 0,01 µA bước cho hiện hành. Hiển thị phi tuyến: <+ 0,05% toàn thang đo điện áp từ 0 đến 100 V hoặc từ 0 đến 1000 v và dòng điện từ 0 đến 10 mA. Hiển thị không chắc chắn: ± ½ chữ số ít quan trọng nhất. 0 0 Khoảng nhiệt độ an toàn: ≤ 50 ppm/ từ 0 đến 50 . - Kiểm soát và hiệu số MASTER ON / OFF: (Chung cho tất cả các kênh) Bảng điều khiển phía trước, 2 vị trí, công tắc bật cho phép hoặc vô hiệu hóa tất cả bốn nguồn cung cấp. OVERLOAD RESET (chung cho tất cả các kênh): Bảng điều khiển phía trước, tạm thời, nút nhấn chuyển đổi xóa quá tải tắt trên bất kỳ kênh nào sau một tình trạng quá tải lúc đó. VOLTS / CURRENT (chung cho tất cả các kênh): Bảng điều khiển phía trước, 8 vị trí, công tắc xoay chọn thông số được đọc từ màn hình. Hoặc là điện áp đầu ra hoặc năng lượng hiện tại của mỗi bốn nguồn cung cấp có thể được chọn. DISPLAY (chung cho tất cả các kênh): Bảng điều khiển phía trước, 3½ chữ số, Màn hình hiển thị LED, hoặc điện áp hoặc hiện tại của nguồn cung cấp được chọn bởi công tắc xoay VOLTS / CURRENT. 30
  42. POLUMITY JUMPER (1 cho mỗi kênh): Nội bộ, bảng mạch in nhảy chọn phân cực đầu ra dương hoặc âm. POS / NEG LEDs (2 mỗi kênh): Bảng điều khiển phía trước, đèn LED màu xanh lá cây cho biết cực của ngõ ra HV OUTPUT. POS dương, hoặc NEG được bật cho độ phân cực đầu ra âm. RANGE (1 cho mỗi kênh): Bảng điều khiển phía trước, 3 vị trí, khóa chuyển đổi chọn một đầu ra toàn dải điện áp từ 0 đến 100 V hoặc 0 đến 1 kV hoặc vô hiệu hóa đầu ra. ON LED (1 cho mỗi kênh): Bảng điều khiển phía trước, đèn LED màu đỏ bật nếu nguồn cung cấp được bật và không bị tắt máy hoặc quá tải hiện tại. VOLTAGE CONTROL (1 cho mỗi kênh): Bảng điều khiển phía trước , 10 lần đổi hướng, chiết áp chính xác với khóa, Các đĩa quay cung cấp một biến liên tục điện áp đầu ra từ 0 đến 100 V hoặc 0-1 kV. VOLUMAGE CONTROL JUMPER (1 cho mỗi kênh): Nội bộ, bảng mạch in nhảy chọn một trong hai REMOTE INPUT hoặc bảng điều khiển phía trước VOLTAGE CONTROL chiết áp như là nguồn đầu ra bộ điện áp. Thường được đặt thành VOLTAGE CONTROL vị trí chiết áp. OVL LED (1 cho mỗi kênh): Mặt trước, đèn LED màu vàng đang bật nếu nguồn cung cấp đã bị tắt vì hiện tại yêu cầu vượt quá HV OUTPUT 20 µA. VUUUM SHUTDOWN LED (chung cho tất cả kênh): Mặt trước, đèn LED màu vàng bật nếu tắt máy chân không. - INPOUT INPOUT: VUUUM SHUTDOWN (chung cho tất cả các kênh): Mặt sau, đầu nối BNC vô hiệu hóa tất cả nguồn cung cấp và bật đèn LED VUUUM SHUTDOWN nếu tín hiệu TTL thấp hoặc điện trở thấp hơn 75Ω được áp dụng. Các nguồn cung cấp được kích hoạt và VACUUM SHUTDOWN LED tắt khi tín hiệu TTL cao hoặc kháng đất lớn hơn 5 KΩ được kết nối với đầu vào này. Được sử dụng với mức độ trên một thước đo chân không để tắt điện áp dò thiên vị khi chân bị mất trong buồng chứa đầu dò. REMOTE INPUT (1 cho mỗi kênh): phía sau bảng điều khiển, BNC chấp nhận đầu vào 0 đến + 10 V điều khiển điện áp, đầu ra từ 0 đến toàn thang đo. Chỉ hoạt động khi REMOTE INPUT được chọn bởi VOLTAGE CONTROL JUMPER. 31
  43. - OUTPUT HV OUTPUT (1 cho mỗi kênh): Phía sau bảng điều khiển, SHV kết nối vật từ 0 đến ±100 V hoặc 0 đến ±1000 V cao thế điện áp đầu ra. OVL / SHDN ALARM (chung cho tất cả các kênh): Phía sau bảng điều khiển, đầu nối BNC cung cấp bộ thu mở, tín hiệu tương thích TTL hoạt động thấp, nếu tắt máy chân không hoặc tắt quá dòng trên bất kỳ một trong bốn kênh xảy ra. Một điện trở ngoài kéo lên đến +5 V là bắt buộc. OVL/SHDN ALARM các đầu ra từ các mô-đun 710 mô hình khác có thể được kết nối song song để tạo ra một báo động chung để báo hiệu lỗi dò tìm hoặc thất bại chân không trong thí nghiệm. - Điện và cơ khí Yêu cầu nguồn điện: Model 710 lấy nguồn điện từ thùng NIM cung cấp ± 24 V và ± 12 V, chẳng hạn như Mô hình ORTEC 4001A/4002A NIM Bin/Power Supply. Công suất yêu cầu là 24 V ở 90 mA, 12 V ở 390 mA, -12 V ở 360 mA và - 24 V ở 90 mA. Trọng lượng:1,4 kg (3,2 lb). Kích thước: Mô-đun NIM hai chiều tiêu chuẩn, 6.90 x 2.13 cm (2.70 X 8.714 in.) bảng điều khiển phía trước mỗi DOE / ER-0457T. 2.4.2. Hoạt động Dừng → hoạt động: lên cao thế đến giá trị 150 V đủ để nuôi đầu dò. Máy phát xung chuẩn: nhiệm vụ cung cấp tín hiệu ra dạng dương, đơn cực với biên độ đủ lớn trải từ 90 mV ÷ 10000 mV trên dãi 8192 kênh. Điện áp cao thế cho trạng thái rắn, bộ dò hạt tích điện. Bốn nguồn cung cấp, với phân cực và điện áp có thể lựa chọn độc lập từ 0 đến ± 100 V và từ 0 đến ± 1 kV. Tự động tắt máy nếu máy dò vượt quá 20 µA. Bảo vệ máy dò trong trường hợp hỏng chân không. Đầu ra cảnh báo để dừng thu thập dữ liệu nếu máy dò hỏng hoặc chân không xảy ra lỗi. Mục đích của máy phát sóng là để thay thế kiểm nghệm các giá trị thực tế trong đo đạc vận hành hệ thiết bị đa kênh. 32
  44. Phép đo này biểu diễn mỗi tương quan giữa biên độ ngõ vào với số kênh tương ứng. Model 710 Quad 1 kV Bias Supply chứa bốn nguồn điện cao áp có điện áp đầu ra một cách độc lập lựa chọn và phân cực. Mỗi nguồn cung cấp có thể cung cấp điện áp đầu ra có thể điều chỉnh liên tục trong khoảng từ 0 đến ± 100 V hoặc từ 0 đến ± 1 kV, với dòng điện tối đa là 20 µA. Model 710 là lý tưởng để cung cấp điện áp phân cực cho các máy dò hạt rắn, hạt tích điện. Nó cũng có thể được sử dụng với các buồng ion hóa và các bộ đếm tỷ lệ hoạt động trong phạm vi điện áp và dòng điện được cung cấp bởi Model 710.[13] 2.5. Khối giao diện EASY_MCA + phần mềm điều khiển, thu nhận và xử lý số liệu 2.5.1. Khối giao diện EASY_MCA Hình 19. Hình ảnh mặt trước và sau của khối gia diện EASY_MCA - Thông số kĩ thuật ADC: bao gồm tuyến tính hóa quy mô trượt và thời gian chết < 2 µs bao gồm chuyển bộ nhớ. Độ phân giải tối đa: Mô hình 8K Có thể chọn phần mềm là 8192, 4096, 2048, 1024, 512 và 256. Mô hình 2K Có thể chọn phần mềm là 2048, 1024, 512 và 256. Thời gian chết cho mỗi lần: 2 ms, bao gồm chuyển giao bộ nhớ. Tích phân phi tuyến: < ±0,025% so với đỉnh 99% của dải động. 33
  45. Độ lệch phi tuyến: 2 × 109). LLD: Phần mềm có thể lựa chọn từ 1 đến 100% quy mô đầy đủ. ULD: Phần mềm có thể lựa chọn từ 0 đến 100% quy mô đầy đủ. Cài đặt trước: Real Time / Live Time: Các bội số của 20 ms. Vùng quan tâm: Số lần đếm / Số lượng tích phân. Dữ liệu tràn: Chấm dứt chuyển đổi khi bất kỳ kênh nào vượt quá ; 231 ― 1. Sự không chắc chắn đỉnh: Dừng nhập khi không chắc chắn thống kê hoặc đếm của một đỉnh ròng do người dùng chọn đạt đến giá trị nhất định. Nuclide MDA: Dừng thu thập dữ liệu khi giá trị của các hoạt động phát hiện tối thiểu (MDA) cho đến 20 nuclide MDA người dùng chỉ định đạt giá trị cần thiết. Các cài đặt trước được thực hiện trong phần cứng để máy tính không phải thăm dò ý kiến các EASY-MCA cho cài đặt sẵn để hoạt động. - Đầu vào và kết nối Inpout: Chấp nhận đơn cực dương, tích hợp cổng tích cực, hoặc xung lưỡng cực dương trong dải động từ 0 đến +10 V; tối đa +12 V; hình bán Gaussian hằng số thời gian từ 0,25 ms 30 ms, hình xung tích hợp hằng số thời gian từ 3 ms 30 ms, hoặc trì hoãn hình có chiều rộng > 0,25 μs. Zin = 1 kΩ, kết hợp dc. Không chậm trễ nội bộ. Đầu nối BNC. ADC GATE: Tùy chọn TTL tích cực đầu vào. Chế độ trùng hợp ngẫu nhiên, có thể lựa chọn bằng máy tính hoặc tắt. Tín hiệu phải xảy ra trước và mở rộng 0,5 μ vượt quá đỉnh của xung; Đầu nối BNC. Zin = 1 kΩ. PUR: Chồng đỉnh bị từ chối, chấp nhận tín hiệu TTL; tín hiệu phải xảy ra trước khi đỉnh được phát hiện. Zin = 1 kΩ. Đầu nối BNC. 34
  46. BUSY: Đầu vào BUSY được sử dụng bởi các mạch hiệu chỉnh thời gian thực. Chấp nhận tín hiệu TTL; tín hiệu phải xảy ra trước khi đỉnh được phát hiện. Zin = 1 kΩ. Đầu nối BNC. USB: Giao diện USB tốc độ cao (480 Mb/giây). 12 V DC: Công suất đầu vào bên ngoài từ nguồn điện dc, 12 V dc, < 1,25 A, trung tâm liên lạc chính. Pin dự phòng: Bộ nhớ trong EASY- MCA có pin dự phòng để duy trì dữ liệu khi tắt nguồn. Điện và cơ học: Kích thước 3.5 cm H × 13.4 cm W × 20.5 cm D (1.4 in. × 5.3 in. × 8.1 in.) Trọng lượng 0,6 kg (1,3 lb). 2.5.2. Hoạt động MCD chuyển dữ liệu từ thiết bị ngoại vi vào máy tính, thông qua phần mềm Mastro _DEL_PC MCB 129 thu nhận và xử lý dữ liệu tạo phổ. EASY-MCA sẽ chấp nhận đầu vào từ bộ khuếch đại tạo hình cho phân tích độ cao xung (PHA). Ngoài tín hiệu đầu vào, EASY-MCA chấp nhận đầu vào ADC GATE, một đầu vào Pile Up Rejection (PUR) và đầu vào BUSY được các mạch hiệu chỉnh thời gian thực sử dụng. truyền dữ liệu có thể điều khiển nhiều thiết bị bằng cách sử dụng cổng USB hoặc USB được cấp nguồn. MCA độc lập nhỏ gọn. Hai phiên bản có sẵn ở độ phân giải 2k hoặc 8k. Thời gian chuyển đổi nhanh (< 2 µs). Bao gồm các đầu vào logic điều chỉnh thời gian chết (Bận và PUR). Cổng vào được cung cấp. Phần mềm MAESTRO dễ sử dụng. Kết nối USB2 nhanh chóng và thuận tiện. Tùy chọn phần mềm phân tích nâng cao Giao diện EASY- MCA với PC thông qua cáp USB2. MCA nhỏ gọn này có thể xếp chồng và di động và không cần có khe tùy chọn PC. Mỗi EASY-MCA có bộ nhớ có khả năng giữ phổ hoàn chỉnh. Bạn có tùy chọn 2k kênh có độ phân giải 35
  47. có thể chuyển sang kênh 1k hoặc 0,5k hoặc 8k kênh có độ phân giải có thể chuyển sang kênh 4k, 2k, 1k hoặc 0,5k.[14] 2.5.3. Phần mềm Maestro _DEL_PC MCB 129 MAESTRO là gói phần mềm “mô phỏng” phân tích đa kênh (MCA) tương thích với các hệ thống phổ gamma, beta và alpha trong nhiều ứng dụng công nghiệp, giảng dạy, nghiên cứu và khoa học khác. Cũng như phần mềm ứng dụng ORTEC khác, MAESTRO sử dụng lớp phần mềm / phần mềm CONNECTIONS để tạo điều kiện kiểm soát thiết bị bao gồm chức năng điều khiển phần cứng, thu thập dữ liệu và tự động hóa lên tới 250 hệ thống dò trên mạng cục bộ. MAESTRO là một lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng quang phổ cơ bản và đạt tiêu chuẩn với hầu hết ORTEC. MAESTRO cung cấp giao diện người dùng trực quan để đơn giản hóa kiểm soát phần cứng cả thông thường và nâng cao quy trình đo lường. Các hàm được sử dụng phổ biến nhất được thực hiện dưới dạng "phím nóng" hoặc các nút trên thanh công cụ để nhanh chóng truy cập. Cửa sổ phổ thường là người sử dụng chủ yếu tập trung khi bằng cách sử dụng MAESTRO và lên đến 8 thiết bị dò trực tiếp và 8 lưu quang phổ có thể hiển thị đồng thời. Xem toàn bộ và mở rộng của mỗi phổ được hiển thị đồng thời. Quang phổ mở rộng phổ có thể được phóng to để kiểm tra một vùng đỉnh hoặc năng lượng cụ thể. Cả hai cửa sổ đều hiển thị bất kỳ khu vực quan tâm được đánh dấu (ROIs) nào và vùng được thu phóng có thể dễ dàng định vị lại bằng cách chỉ cần nhấp vào vị trí mới trong hiển thị toàn màn hình. Khi xem một máy dò sống, chế độ xem phổ được cập nhật trong thời gian thực và cung cấp dữ liệu phổ hiện tại, tính toán đỉnh, tính chất phần cứng ngay cả đối với điều khiển từ xa các công cụ được kết nối với các thiết bị khác. Xem đỉnh phổ, thư viện năng lượng, hoặc các khu vực quan tâm là đơn giản với các nút bảng điều khiển bên thuận tiện. Làm việc với từng khu vực quan tâm (ROIs) hoặc tính toán các khu vực cao điểm có thể dễ dàng thực hiện với một trong hai tìm kiếm đỉnh cao hoặc các tính năng “hình chữ nhật cao su”. Nhiều các vùng như mong muốn có thể được đánh dấu và những vùng này có thể được lưu vào tệp “ROI” có thể được thu hồi và áp dụng sau đó cho các phổ khác nhau. 36
  48. MAESTRO cho phép nhiều tùy chọn hiển thị. Chọn từ nhiều phối màu khác nhau và hiển thị phổ chấm hoặc thanh đầy. Các cài đặt này có thể được sử dụng để tạo chế độ xem tối ưu cho các điều kiện ánh sáng khác nhau hoặc chỉ đơn giản là để phù hợp với yêu cầu của người làm.[15] 2.6. Hệ máy bơm chân không Hình 20. Hình ảnh máy bơm chân không. Máy bơm di động (PPS) từ ORTEC cung cấp một bơm chân không cơ khí thuận tiện. Máy bơm có thể được cấu hình cho hai chế độ bơm và ba chế độ phun khí để phù hợp với hầu hết các yêu cầu. PPS được vận chuyển lắp ráp hoàn chỉnh và sẵn sàng để sử dụng. Động cơ điện cho hai giai đoạn máy bơm chân không có cuộn dây điện áp kép có thể được chọn để phù hợp với điện áp trong phạm vi 115 V hoặc 230 V. Các cuộn dây được thiết kế để đáp ứng một trong hai tần số 50 hoặc 60 Hz. Yêu cầu nguồn điện đầu vào là: 115–120 V / 60 Hz - 7,2 A 110 V / 50 Hz - 7,8 A 230–240 V / 60 Hz - 3,6 A 37
  49. 220–240 V / 50 Hz - 4,0 A Máy hút: Đo tại mặt máy bơm khí vào 60 Hz. Năng xuất: 6,7 푡3/phút; 190 lít/phút. Cân nặng: 36,3 kg (80 lb). Hoạt động: Bơm chân không có thể được cấu hình cho ba chế độ phun khí để phù hợp với hầu hết các yêu cầu bơm. Các điện trở đệm khí được sử dụng để đẩy hơi nước ngưng tụ. Mở van chấn lưu khí. Chạy máy bơm trong khoảng 30 phút để làm ấm và khử dầu. Đóng van điện trở đệm khí. Máy bơm sau đó sẽ bơm đến chân không cuối cùng của nó, thông thường ít hơn 10 mTorr.[16] 2.7. Thông tin bảo hành - Cơ sở bảo hành Mẫu số 5801002 Mẫu số BA-O16-025-1500 Khu vực hoạt động 25 2 5.486 MeV Alpha Độ phân giải 16 keV FWHM Độ rộng tạp âm: 11 keV FWHM Nhiệt độ: 22 ° C Thời gian định hình 0,5 µs Độ nhạy (tối thiểu):1500 microns. - Điều khoản bảo hành Máy dò được đảm bảo để đáp ứng các thông số kỹ thuật tối thiểu của dữ liệu cơ sở gốc trên trong thời hạn một năm kể từ ngày giao hàng nếu được sử dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm cẩn thận như được nêu trong sách hướng dẫn ORTEC. Trong thời hạn của bản gốc thời hạn bảo hành máy dò sẽ được sửa chữa hoặc thay thế tại ORTEC lựa chọn, hoàn toàn miễn phí cho người sử dụng với tín dụng dịch vụ gia hạn sử dụng phần thời hạn bảo hành kể từ ngày thông báo về sự hư hỏng. 38
  50. Trách nhiệm pháp lý độc quyền ORTEC được giới hạn để sửa chữa hoặc thay thế, tại tùy chọn ORTEC của, vật phẩm tìm thấy bởi ORTEC là khiếm khuyết trong kĩ thuật hoặc các vật liệu trong vòng một năm kể từ ngày giao hàng. Trách nhiệm ORTEC về bất kỳ khiếu nại nào, trong đó có sơ xuất, tổn thất hoặc thiệt hại phát sinh từ các, kết nối với, hoặc từ việc thực hiện hoặc vi phạm của chúng, hoặc từ sản xuất, bán, phân phối, bán lại, sửa chữa hoặc sử dụng bất kỳ sản phẩm hoặc dịch vụ nằm trong thỏa thuận này của đơn đặt hàng có trách nhiệm trong mọi trường hợp không vượt quá giá phân bổ theo đến mục hoặc dịch vụ trang hoặc bất kỳ phần nào đó để khiếu nại. Trong bất kỳ trường hợp ORTEC chịu trách nhiệm về thiệt hại do lỗi. - Máy dò hàng rào mặt hướng dẫn xử lý, lưu trữ và làm sạch Bảo quản máy dò ở nhiệt độ phòng trong không khí sạch và độ ẩm vừa phải. Chúng nên giảm bị sự ảnh hưởng của khói hay khí hữu cơ. Bảo vệ chúng khỏi bụi và khói có tính ăn mòn. Các khói ăn mòn sẽ làm hỏng bên ngoài cũng như các bộ phận sát rìa bên trong. Các tiếp điểm điện rất quan trọng đối với hoạt động bình thường của máy dò. Ăn mòn có thể tạo thành đường mòn điện trở cao trong các điểm quan trọng đó và làm hỏng máy dò. Tránh chấn động cơ học và bảo vệ từ thiệt hại cơ học. Đeo găng tay cao su hoặc nhựa bảo hộ khi xử lý máy dò. Độ ẩm ngón tay và muối cơ thể có thể phá hủy tính toàn vẹn của các tiếp xúc điện. Giữ hộp bảo vệ tại chỗ khi phát hiện không được sử dụng. Điều này sẽ bảo vệ các bề mặt phía trước mong manh từ bất kỳ thiệt hại do tai nạn. Điều này đặc biệt quan trọng khi các máy dò đang được gỡ bỏ hoặc vận chuyển đến địa điểm khác. Điện cực quan trọng trên bề mặt nhạy cảm phía trước không phải là không thấm qua việc đi qua các phân tử lớn. Tránh điều kiện môi trường xung quanh nơi có mặt những ô nhiễm hóa học, ví dụ: hơi thủy ngân, hơi dầu bơm, dung môi hữu cơ, muối ion, hơi axetylence, khói ăn da hoặc axit có tính chất khử. khói hàn, lượng hơi nước lớp.vv Thận trọng: Trong mọi trường hợp, mọi vật liệu sẽ tiếp xúc với mặt “quan trọng” của đầu dò. Khi hạt bụi hoặc hạt xơ bám vào phải được loại bỏ, thổi nhẹ nhàng bằng nitơ khô. Không thể loại bỏ các vết bẩn trên bằng methanol hoặc dung 39
  51. môi khác dùng để hòa tan vết bẩn, nó sẽ làm hỏng đường giao nhau. Trong trường hợp như vậy, cần phải sửa chữa lớn để tái tạo đường giao nhau. Thiết bị dò R-Senes đã bốc hơi nhôm trên bề mặt trước Nhôm tuân thủ tốt hơn với bề mặt silicon khắc và do đó tương đối gồ ghề hơn vàng. Nếu bị ô nhiễm, bề mặt nhôm có thể được làm sạch bằng một vài miếng gạc bông và ướt với methanol. Nhẹ nhàng chà xát bề mặt. thường xuyên thay đổi các miếng gạc để tạp nhiễm không được đưa trở lại bề mặt. Thổi khô bằng nitơ sạch, khô. Đừng để methanol bay hơi trên bề mặt nhôm bởi vì nó có thể để lại vết bẩn. Nếu máy phải được gửi trở lại cho ORTEC, nó phải được đóng gói đúng cách với các PROTECTWE CAP được cài đặt. Sử dụng bao bì mà máy dò được vận chuyển.[9] 40
  52. Chương III: THỰC NGHIỆM 3.1. Quang phổ beta 3.1.1. Các thiết bị cần thiết của ORTEC • Máy dò hạt tích điện BA016-025-15 • Máy dò hạt tích điện BA016-025-1500 • Hệ TRUMP-PCI-2K với phần mềm MARSTRO-32 MCA • Mô hình phần mềm (có thể sử dụng những OTEC MCAS) • Khối 142A khuếch đại • 4001A / 4002D NIM Bin và Nguồn điện • Máy bơm chân không di động ALPHA-PPS-115 • Bộ khuếch đại phổ 575A • Buồng chân không 807 • Detector 428 • Máy phát xung chuẩn 480 • Cáp C-33-12 • Cáp C-24-12 • Cáp C-24-1 • Cáp C-29 BNC kết nối 3.1.2. Các thiết bị cần thiết khác • Các nguồn Beta và nguồn electron chuyển đổi. 204 207 137 113 • (Loại đĩa) 1–5 µCi, 푙, 푖, 푠, 푆푛. • PC với Microsoft Windows 2000 / XP • Máy hiện sóng 3.1.3. Mục đích Thử nghiệm này cho ta biết kỹ thuật thu thập phổ beta và phương pháp xác định β . 3.1.4. Thử nghiệm Hiệu chuẩn với một bộ thu/phát - Thủ tục - Kết nối các thiết bị như Hình 21. Sử dụng các cài đặt sau cho các hệ máy điều khiển: Bộ khuếch đại phổ 575A: Đầu vào dương, đầu ra đơn cực. Bộ phát xung chuẩn 480: Đầu ra âm; sử dụng đầu ra suy giảm. 41
  53. Hệ cung cấp bias 428: Cực dương; tăng điện áp phân cực từ từ đến mức được khuyến nghị trên dữ liệu QA của máy dò. Hình 21. Sơ đồ cấu trức hiệu chỉnh xung chuẩn[8] - Đặt nguồn 137Cs khoảng 1/4 inch từ mặt máy dò. Bơm xuống buồng chân không và vân hành cực dương (+) hoạt động đúng với máy dò. - Điều chỉnh 575A khuếch đại cho đến khi xung quan sát trên dao động là ~ 4 V trong biên độ. Các biên độ xung rõ rệt nhất sẽ là năng lượng 624 keV của các electron chuyển đổi. - Tích lũy một phổ có đủ số lượng để xác định vị trí kênh trong MCA cho dòng 624 keV. Điều chỉnh độ khuếch đại của bộ khuếch đại để đạt đỉnh 624 keV tại quy mô trung bình trên MCA. Trong Hình 19, đỉnh cao là quy mô trung bình cho phân tích 1024 kênh. Khi điều chỉnh đã đạt được, tích lũy một quang phổ với ~ 600 đếm ở đỉnh 624 keV. Ghi lại số kênh cho đỉnh 624 keV và gọi là kênh 0. - Bật máy phát xung chuẩn 480 và điều chỉnh quay xung chiều cao của nó đạt 624/1000 khoảng chia. Sử dụng thiết bị chuyển mạch suy hao và các chiết hiệu chuẩn để xác định vị trí đỉnh xung trong kênh 0. Các xung nay được hiệu chỉnh sao cho 1000 keV = 1.000 trên hệ thống kiểm soát xung chiều cao. - Xác định độ phân giải của một trong những đỉnh xung. δ : Chiều rộng đo được của đường 624 keV. δ : Chiều rộng đo được của đỉnh xung. 42
  54. δ푆 : Độ dày nguồn (giả sử rằng đây là số 0). 2 2 Giải quyết cho δ , độ phân giải của máy dò: δ = δ ― δ 137 207 - Thay thế nguồn 푠 bằng nguồn 푖 và tích lũy phổ của nó trong một khoảng thời gian đủ lâu để xác định vị trí các đỉnh rõ rệt trong quang phổ (Hình 17). Đọc MCA và xóa quang phổ. 207 113 - Thay thế nguồn 푖 bằng nguồn 푆푛 và tích lũy ~ 1000 đếm với năng lượng đỉnh 365 keV (Hình 18). Đọc MCA và xóa phổ. 133 - (Tùy chọn) Nếu bạn có nguồn , hãy lấy phổ và thêm năng lượng được tính của bạn cho các dòng của nó. Hình 22 cho thấy các chi tiết của một phổ 133 điển hình cho . 3.1.5. Thực nghiệm Xác định điểm cuối beta của 204Tl - Lý thuyết Phương pháp chính xác nhất để xác định Beta với năng lượng tối đa cần dùng phương pháp đồ thị Kurie. Phương pháp này là bắt nguồn từ lý thuyết phân rã beta được thảo luận trong phương trình (2). Mô tả đường cong beta được cho bởi: (푊) 1/2 [ 퐹(푍,푊) 푃푊 ] = K(푊0 – W) (15) 43
  55. Hình 22. Dòng chuyển đổi từ [8] Trong đó: N(W) = số lượng trong mỗi kênh được xem xét, F(Z,W) = hằng số Fermi, P = động lượng của hạt beta, W = tổng năng lượng của hạt beta, 푊0 = năng lượng điểm cuối tối đa của phổ beta, K = hằng số độc lập so với năng lượng. Nếu bên trái của phương trình (15) được áp dụng với W. Phổ sẽ tạo ra là một đường có thể đường thẳng ngoại suy. Quang phổ năng lượng thấp sẽ hiển thị trên đường uốn cong.Một phép tính hơi dễ dàng hơn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hàm Fermi đã sửa đổi G (Z, W) có thể được tính toán từ giá trị Fermi chính xác. Bảng của những chức năng cũng có sẵn trong phương trình (14). Khi thay thế hàm này trong phương trình (15) chúng ta có: 1 ( ) [ ] 1/2 = K( – W) (16) 푊 (푍,푊) 푊0 Trong các biểu thức động năng đo được, E được cho bởi (W-1) trong các đơn 2 2 vị của tổng năng lượng. Động năng E được biểu thị bằng đơn vị 0 ( 0 = 0.511 MeV). Thay thế W của phương trình (4) bởi E ta có: 1 ( ) [ ] 1/2 = K( - E) (17) 푊 (푍,푊) 0 Trong đó: N(E) = số lượng thực tế đếm tại một năng lượng cụ thể trong 204 quang phổ; ví dụ một trong những điểm cho 푙 (Hình 9) có thể là kênh 200, trong đó N(E) ≅ 190; 2 W = E + 1, trong đó E là động năng 0 (0,511 MeV); G(Z,W) = hàm Fermi; chúng được liệt kê như thế hệ sau của động lượng P của các phiên bản beta, trong đó P =(푊2 ― 1)1/2 204 204 Hàm Fermi với G(Z,W) áp dụng cho sự phân rã của 81 푙 và 82 푃 . - Thủ tục Sử dụng hệ thống thí nghiệm, bao gồm cả các hiệu chuẩn. 44
  56. Đặt nguồn 204Tl trong buồng chân không, bơm xuống chân không, điều chỉnh bia phù hợp với các máy dò, và được một quang phổ tương tự như Hình 9. Đọc MCA và vẽ phổ trên tuyến tính trên biểu đồ. 3.1.7. Thí nghiệm Tỷ lệ chuyển đổi điện tử - Lý thuyết Trong quá trình chuyển đổi nội bộ, năng lượng của kích thích có thể được trao cho một trong những electron quay xung quanh như đã trình bày ở phần đầu của thí nghiệm 6. Các electron thường tham gia là K, L và vỏ M gần nhất với hạt nhân. Năng lượng của việc chuyển đổi được cho bởi 푒 = – (16) Trong đó: 푒 = năng lượng đo được của các electron chuyển đổi. = năng lượng kích thích có sẵn trong sự phân rã. = năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử. 207 Phổ electron chuyển đổi cho 푖 được hiển thị trong Hình 10. Nó cho thấy dòng ở 1,048 và 0,975 MeV. Đây là những dòng đến từ các quá trình K và L chuyển đổi tương ứng. 207 Các sơ đồ phân rã của 푖, cũng thể hiện trong Hình 10, cho thấy một sự chuyển tiếp gamma từ mức 1,634-MeV đến mức 0,570 MeV. Chênh lệch năng lượng này là 1,064 MeV. Trong phương trình 6 này là năng lượng kích thích, Ex trong đó có sẵn cho quá trình chuyển đổi. 204 Năng lượng liên kết K, , cho 푃 là 88 keV. Đối với chuyển đổi này, Ee 204 = 1,064 – 0,88 = 0,976 MeV hoặc 976 keV. Năng lượng liên kết L cho 푃 là 15,86 keV cho chuyển đổi này, 푒= 1,064 - 0,01586 = 1,048. Một cách tương tự, các nguồn năng lượng electron chuyển đổi cho sự kích thích 570-keV có thể được tính toán. Đây là 482 và 554 keV. Trong thí nghiệm này các tỷ lệ K/L sẽ được đo. - Thủ tục Sử dụng hệ thống thí nghiệm 1, kể cả hiệu chuẩn. 45
  57. Hãy chắc chắn để sử dụng một máy dò có độ phân giải 18 keV hoặc tốt hơn. 207 Tích lũy một phổ 푖 cho một khoảng thời gian dài đủ để có được ~ 1000 đếm ở đỉnh cao 1,048 MeV. In dữ liệu từ MCA. [8] 3.2. Thực ngiệm trên hệ phổ kế Beta 3.2.1. Hệ thống thiết bị phổ kế Beta Hình 23. Hình hệ phổ kế đa kênh Beta. - Thiết bị: Khung giỏ NIM; Máy phát xung chuẩn Pulser; Bộ khuếch đại phổ 575A; Khối cao thế Quad Bias Supply;Khối gao diện EASY_MCA + phần mềm điều khiển, thu nhận và xử lý số liệu Maestro _DEL_PC MCB 129; Hệ máy bơm chân không nuôi cho đầu dò hoạt động. Detector hàng rào mặt. Nguồn: Pb-214 , Sr-90 , Tl-204 , Ba- 140. 46
  58. Buồng chân không Máy phát xung chuẩn Ortec 480 Detector Tiền khuếch đại Bộ khuếch đại Hệ thống TRUMP- hàng rào Ortec 142 Ortec 575A PCI-2k MCA mặt Khối cao thế 710 Máy hiện sóng Bơm chân không Hình 24. Sơ đồ cấu trúc khối. Live Time (thời gian sống): Là thời gian mà tại đó số sự xuất hiện bức xạ đến đầu dò và đầu dò phân giải được. Dead Time (thời gian chết): Là thời gian mà tại đó các sự kiện bức xạ đến đầu đò nhưng không phân giải được. Read Time (thời gian thực): Là tổng thời gian mà tại đó sự xuất hiện bức xạ đến đầu dò. Thời gian thực bằng tổng của thời gian chết và thời gian sống (real = live + dead). Start: Thông tin thời gian thực nghiệm. Maker: Con trỏ chính tại kênh cần tìm tương ứng với mức năng lượng toàn phần số đếm. Gross Are: Tổng số đếm toàn phần. Net Are: Diện tích đỉnh. Peak: Đỉnh của phổ. Roi: Vùng quan tâm. Library: Thông tin nguồn. Gross/Net Count Rate: Tổng số đếm/tỉ lệ đếm ròng. FWHM : Độ rộng cực đại nửa chiều cao. 47
  59. FW(1/5)M: Độ rộng tại 1/5 chiều cao của đỉnh phổ. Calbration source: Hiệu chỉnh nguồn. Preset limits: Giới hạn. Thời gian chết phụ thuộc vào bố trí hình học( kích thước đầu dò, nguồn, ), hoạt độ nguồn. Hoạt độ càng cao thì số đếm càng lớn. Số bức xạ ngẫu nhiên có giá trị luôn luôn khác nhau. Vì vậy thời gian chết luôn khác nhau. 3.3. Kết quả thực ngiệm. Hình 25. Phổ phông trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 4:17:08 chiều ngày 28/9/2018. Live = 2174,8 s; Real = 2174,8 s; Deal = 0. Giới hạn Real = 100.000 s. Maker: con trỏ chính tại kênh 24 tương ứng với mức năng lượng toàn phần 235,70 keV với số đếm 187 Cnts. Đỉnh: tại kênh 24,37 với năng lượng 239,30 keV. 48
  60. Hình 26. Phổ Pb-214 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 4:21:17 chiều ngày 20/8/2018. Live Time = 209,02 s; Real Time =226,94 s; Deal Time = 7,90% x 226,94=17,92 s. Maker: con trỏ chính tại kênh 33 tương ứng với mức năng lượng toàn phần 341,59 keV với số đếm 64182 Cnts. Đỉnh: tại kênh 33,91 với năng lượng 351,02 keV. Gross Are = 641668 số đếm. Net Are = -298536 ± 2021. Gross/ Net Count Rate = 3068,93 / -1428,27. FWHM = 35,62; FW(1/5)M = 46. 49
  61. Hình 27. Phổ Sr-91 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 11:23:22 sáng ngày 28/8/2018. Live Time = 10134,22 s; Real Time =14716,68 s; Deal Time = 31,13% x 14716,68 = 4581,30 s. Maker: Con trỏ chính tại kênh 67 tương ứng với mức năng lượng toàn phần 479,64 keV với số đếm 1568493 Cnts. Đỉnh: Tại kênh 36,4 với năng lượng 260,55 keV. Gross Are = 264960172 số đếm. Net Are = 600072866 ± 57542. Gross/Net Count Rate = 26145,10 / 59212,54 cps. FWHM = 43,53; FW(1/5)M = 60,4. 50
  62. Hình 28. Phổ Ba-140 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 1:37:9 chiều ngày 13/9/2018. Live Time = 893,86 s; Real Time =896,86; Deal Time = 0,33% x 896,86 = 2,95s. Maker: con trỏ chính tại kênh 35 tương ứng với mức năng lượng toàn phần 418,91 keV với số đếm 13739 Cnts. Đỉnh: tại kênh 35,48 với năng lượng 424,64 keV. Gross Are = 135066 số đếm. Net Are = 65964 ± 632. Gross/ Net Count Rate = 151,10 / 73,80 cps. FWHM = 93,04; FW(1/5)M = 129,06. 51
  63. Hình 29. Phổ Tl-204 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 10:58:33 sáng ngày 11/9/2018. Live Time = 618820 s; Real Time =1021828 s. Channel = 8192 kênh. Đỉnh: tại kênh 35,48 với năng lượng 424,64 keV. Calbration source (hiệu chỉnh nguồn) = 1714. Hình 30. Phổ Sr-90_hskd40-10_909sec trên hệ phổ kế Beta. 52
  64. Nguồn Sr-90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 40; Fine Gain = 10. Môi trường chân không. Thời gian thực nghiệm: 8:01:28 sáng ngày 28/9/2018. Live Time = 777,78 s; Real Time = 908,64 s. Channel = 8192 kênh. Hình 31. Phổ Sr-90_hskd20-6_3330sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr-90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 20; Fine Gain = 6. Môi trường chân không. Thời gian thực nghiệm: 7:55:59 sáng ngày 2/10/2018. Live Time = 3329,38 s; Real Time = 3330,36 s. Channel = 8192 kênh. 53
  65. Hình 32. Phổ Sr-90_hskd10-4_10966sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr-90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 10; Fine Gain = 4. Môi trường chân không. Thời gian thực nghiệm: 8:09:49 sáng ngày 1/10/2018. Live Time = 10966,34 s; Real Time = 10966,48 s. Channel = 8192 kênh. Hình 33. Phổ Sr-90_hskd10-4_28058sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr-90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 10; Fine Gain = 4. Môi trường chân không. Thời gian thực nghiệm: 11:15:46 sáng ngày 1/10/2018. 54
  66. Live Time = 28067,90 s; Real Time = 28058,04 s. Channel = 8192 kênh. Tóm tắt Chương 1: Trong chương 1 luận án đã trình bày các vẫn đề cơ bản của tương tác beta với vật chất. Chương 2: Trong chương 2 đã trình bày các thông số kĩ thuật, nguyên tắc hoạt động, bảo hành của hệ phổ kế Beta. Chương 3: Trong chương 2 đã trình bày cách thực nghiệm về quang phổ Beta, và kết quả thực nghiệm phổ Pb-214 , Sr-90 , Tl-204 , Ba-140. 55
  67. KẾT LUẬN Khóa luận tốt nghiệp đã thực hiện những vấn đề sau: Tổng quan về mặt lý thuyết: Tương tác của tia Beta với vật chất. Bao gồm những ý chính sau: Lý thuyết về phân rã Beta, độ ion hóa riêng, hệ số truyền năng lượng tuyến tính, bức xạ hãm, quảng chạy của hạt beta trong vật chất, biểu diễn mối quan hệ giữa thế và số cặp ion, đầu dò hấp vào mặt. Hệ phổ kế đa kênh Beta gồm những ý chính sau: Khung giỏ NIM, Máy phát xung chuẩn Pulser 480, Bộ khuếch đại phổ 575A, Khối cao thế Quad Bias Supply, Khối giao diện EASY_MCA + phần mềm điều khiển thu nhận và xử lý số liệu, Hệ máy bơm chân không, Thông tin bảo hành. Trên cơ sở thực nghiệm: thực nghiệm với các nguồn Pb-214 , Sr-90 , Tl-204 , Ba- 140. Đánh giá kết quả. So sánh với giá trị thực nghiệm như sau: Phổ thời gian gần trùng lý thuyết. Cụ thể, các giá trị thời gian thực, thời gian sống, thời gian chết,là những giá trị biểu hiện kết quả hoạt động thực đã ghi nhận được qua thực nghiệm. Các kết quả thực nghiệm đã thể hiện rõ tương đối phù hợp với lý thuyết đã trình bày trong phần 1. Hệ thiết bị ổn định. Cao thế vùng bình ổn tốt sẽ đếm cao nhất. Qua lý thuyết và thực nghiệm nguồn tối ưu cho đầu dò hoạt động trong khoảng từ 140 V đến 155 V. Ổn định nhất cao thế 150 V. Về mặt lý thuyết đã tổng quan về hệ phổ kế Beta. Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý của hệ phổ kế Beta. Thông qua việc ghi nhận phổ việc ghi nhận phổ của các nguồn chuẩn trên hệ đo đã hiểu rõ hơn quá trình tương tác của bức xạ Beta với vật liệu detector và nguyên tắc làm việc của hệ phổ kế Beta. Về mặt thực nghiệm đã tiến hành đánh giá một số thông số đặc trong của hệ phổ kế Beta. Khóa luận tốt nghiệp đã đáp ứng được yêu cầu ban đầu của đề tài: “Khảo sát, đánh giá các tham số đặt trưng kỹ thuật của hệ phổ kế Beta”. Hy vọng những giá trị này là những giá trị thực nghiệm giúp cho sinh viên nghành Kỹ thuật hạt nhân tham khảo về mặt thực nghiệm đối với các loại đồng vị phát Beta. 56
  68. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Linh. Ghi đo bức xạ Beta và ứng dụng mẫu phân tích môi trường. Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt [2] Nguyễn Đức Hoà (2012). Điện tử hạt nhân. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam 2012 [3] vi.wikipedia.org/wiki/Phân_rã_beta [4] ộ_đếm_tỷ_lệ [5] Nguyễn An Sơn. Cơ sở vật lý hạt nhân. Nhà xuất bản giáo dục quốc gia tp Hồ Chí Minh [6] Ngô Quang Huy. Cơ sở vật lý hạt nhân. Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật [7] Phương pháp thực nghiệm trong Vật Lý Hạt Nhân. Trần Thanh Minh. Tủ sách địa học Đà Lạt 1979 [8] Nuclear-Science-Experiment-6.pdf [9] [10] nuclear-instrument-module-nim-bins/4001a-and-4001c [11] [12] [13] nuclear-instrument-module-nim-bins/710 [14] analyzers-mca/basic-analog/easy-mca-2k-or-8k [15] mca [16] charged-particle-radiation-detectors/si-charged-particle-radiation-detector- accessories/portable-pump-station 57